DE112018002960B4 - LIQUID DISPENSING UNIT WITH HYDROPHOBIC SURFACE - Google Patents

LIQUID DISPENSING UNIT WITH HYDROPHOBIC SURFACE Download PDF

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Abstract

Flüssigkeits-Ausgabevorrichtung (200), die aufweist:ein erstes Substrat (210), das einen in dem ersten Substrat gebildeten Behälter (222) aufweist;eine in dem Behälter (222) aufgenommene Flüssigkeit (230);eine auf der Oberfläche des ersten Substrats angeordnete Membran (220), die eine Öffnung des Behälters (222) bedeckt;ein auf das erste Substrat (210) geklebtes zweites Substrat (209), wobei das zweite Substrat eine Behälterdichtung (206) aufweist;eine auf einer Innenfläche der Membran (220) angeordnete hydrophobe Schicht (224), wobei durch die hydrophobe Schicht (224) ein Luftpolster zwischen einer Oberfläche der Flüssigkeit und der Membran (220) gebildet ist;Elektroden, die in elektrischem Kontakt mit der Membran (220) stehen; undeine auf einer Oberfläche des Behälters (222) gegenüber der Membran (220) angeordnete hydrophile Schicht (232).A liquid dispenser (200) comprising: a first substrate (210) having a container (222) formed in the first substrate; a liquid (230) received in the container (222); one on the surface of the first substrate a disposed membrane (220) covering an opening of the container (222); a second substrate (209) adhered to the first substrate (210), the second substrate having a container seal (206); one on an inner surface of the membrane (220) ) arranged hydrophobic layer (224), wherein the hydrophobic layer (224) forms an air cushion between a surface of the liquid and the membrane (220); electrodes which are in electrical contact with the membrane (220); and a hydrophilic layer (232) disposed on a surface of the container (222) opposite the membrane (220).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein miniaturisierte Ausgabeeinheiten und zugehörige Verfahren und insbesondere Flüssigkeitsausgabeeinheiten mit hydrophoben Oberflächen und zugehörigen Verfahrensweisen.The present invention relates generally to miniaturized dispensing units and related methods, and more particularly to liquid dispensing units having hydrophobic surfaces and related methods.

Ausgabeeinheiten im Mikrometermaßstab können für eine Vielfalt von Anwendungen von Nutzen sein. Zu solchen Ausgabeeinheiten kann eine Anordnung von Behältern im Mikrometermaßstab gehören, die mit geringen Mengen eines Materials wie Flüssigkeiten oder Pulver gefüllt sind. Die Behälter sind in Bezug auf das Material abgedichtet und können das Material zum Beispiel durch Zerreißen oder Schmelzen einer Metallmembran freigeben. Solche Ausgabeeinheiten im Mikrometermaßstab können für unabhängiges und gesteuertes Freigeben von Materialien in einzelnen Behältern sorgen und zum Beispiel bei Anwendungen zum Ausgeben von Arzneimitteln von Nutzen sein.Micrometer scale output units can be useful for a variety of applications. Such dispensing units may include an array of micrometer-sized containers filled with small amounts of a material such as liquids or powders. The containers are sealed with respect to the material and can release the material, for example by tearing or melting a metal membrane. Such micrometer-scale dispensing units can provide for the independent and controlled release of materials in individual containers and can be useful, for example, in drug dispensing applications.

Die US 2004/0 020 173 A1 offenbart ein Verfahren zum Zusammenbau eines Medizinverabreichungssystems, das das Bereitstellen eines Substrats mit einer Vielzahl von Bereichen, das Füllen der Bereiche mit Medizin, das Bedecken der Bereiche mit einer Kappe, das Erhitzen des Systems auf eine relativ niedrige Temperatur, das Anlegen einer Vorspannung über das Substrat und die Kappe und das Anlegen fokussierter Energie an das Substrat und/oder die Kappe umfasst, um sie zusammen zu versiegeln und ein Vakuum in den Bereichen zu erzeugen. Die US 2012/0 305 400 A1 offenbart ein monolithisches Herstellungsverfahren von Parallel-Platten-Elektrobenetzung-auf-Dielektrikum (EWOD) Chips für die digitale Mikrofluidik von Pikoliter-Tröpfchen, wobei anstatt der Verwendung eines zweiten Substrats, um eine Deckplatte zu bilden, die Deckplatte in situ als Dünnschichtmembran erzeugt wird, die einen monolithischen Hohlraum mit einer Spalthöhe in der Größenordnung von Mikrometern mit ausgezeichneter Genauigkeit und Gleichmäßigkeit bildet. Hierbei offenbart die US 2012/0 305 400 A1 , dass die Membran in die EWOD-Antriebselektroden eingebettet ist und die Tröpfchen gegen das Gerätesubstrat begrenzt, um digitale mikrofluidische Operationen durchzuführen. Die US 2016/0 074 323 A1 offenbart elektromechanische Substanzabgabevorrichtungen, die elektromechanische Freisetzungsmechanismen mit geringem Stromverbrauch für die kontrollierte Abgabe von Substanzen wie Drogen und Medikamenten implementieren. Die US 2016/0 074 323 A1 offenbart für eine elektromechanische Vorrichtung ein Substrat mit einem in einer Oberfläche des Substrats ausgebildeten Hohlraum, eine auf der Oberfläche des Substrats angeordnete Membran, die eine Öffnung des Hohlraums abdeckt, und eine zwischen der Membran und der Oberfläche des Substrats angeordnete Dichtung, wobei die Dichtung die Öffnung des Hohlraums umgibt, und die Dichtung und die Membran so konfiguriert sind, dass sie den Hohlraum umschließen und eine Substanz in dem Hohlraum zurückhalten. Die US 2010/0 004 583 A1 offenbart eine Elektrotransport-Wirkstoffabgabevorrichtung, die einen hydrophoben Modifikator verwendet, um Feuchtigkeitskondensation zu verhindern, die Verwendung eines hydrophoben Modifikators zu Erhöhung der Hydrophobie der beschichteten Teile der Vorrichtung, ein Verfahren zur Verringerung der Feuchtigkeitskondensation an einer elektrischen Vorrichtung und ein Verfahren zur Konservierung einer elektrischen Vorrichtung für eine Elektrotransport-Arzneimittelabgabevorrichtung. Die US 2002/0 107 470 A1 offenbart Verfahren zur Herstellung von Mikrochip-Vorrichtungen für die kontrollierte Freisetzung von Molekülen, wie z. B. Medikamenten, wobei ein Verfahren Zur Herstellung der Vorrichtungen die Schritte umfasst: (1) Füllen einer Form mit einem Polymerpulver; (2) Komprimieren des Pulvers, um eine Polymervorform zu bilden; (3) thermisches Formpressen der Vorform, um ein Substrat in einer Form zu bilden, die eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die Reservoirs in dem Substrat bilden; und (4) Füllen des Reservoirs mit einem Freisetzungssystem, das die freizusetzenden Moleküle enthält. Ferner offenbart die US 2005/0 050 859 A1 Verfahren zum hermetischen Verschließen einer Öffnung in einem Reservoir einer Einschließungsvorrichtung, wobei das Verfahren das Aufbringen eines polymeren Materials auf eine Öffnung in einem Reservoir einer Einschließungsvorrichtung, wobei das Reservoir Reservoirinhalte (wie z. B. ein Medikament oder einen Sensor) umfasst, die innerhalb des Reservoirs hermetisch isoliert werden sollen, wobei das aufgebrachte polymere Material die Öffnung verschließt und eine temporäre Dichtung bildet; und das Aufkleben eines hermetischen Dichtungsmaterials auf das polymere Material, um die Öffnung hermetisch zu versiegeln, umfasst.The US 2004/0 020 173 A1 discloses a method of assembling a medicine delivery system which comprises providing a substrate having a plurality of areas, filling the areas with medicine, covering the areas with a cap, heating the system to a relatively low temperature, applying a bias voltage across the Substrate and the cap and applying focused energy to the substrate and / or the cap to seal them together and create a vacuum in the areas. The US 2012/0 305 400 A1 discloses a monolithic manufacturing process of parallel-plate electrowetting-on-dielectric (EWOD) chips for digital microfluidics of picolitre droplets, wherein instead of using a second substrate to form a cover plate, the cover plate is created in situ as a thin film membrane, which forms a monolithic cavity with a gap height on the order of micrometers with excellent accuracy and uniformity. Here reveals the US 2012/0 305 400 A1 that the membrane is embedded in the EWOD drive electrodes and confines the droplets against the device substrate to perform digital microfluidic operations. The US 2016/0 074 323 A1 discloses electromechanical substance delivery devices that implement electromechanical release mechanisms with low power consumption for the controlled delivery of substances such as drugs and medicaments. The US 2016/0 074 323 A1 discloses for an electromechanical device a substrate having a cavity formed in a surface of the substrate, a membrane arranged on the surface of the substrate, which covers an opening of the cavity, and a seal arranged between the membrane and the surface of the substrate, the seal being the Opening of the cavity surrounds, and the seal and the membrane are configured to enclose the cavity and retain a substance in the cavity. The US 2010/0 004 583 A1 discloses an electrotransport drug delivery device that uses a hydrophobic modifier to prevent moisture condensation, the use of a hydrophobic modifier to increase the hydrophobicity of coated parts of the device, a method of reducing moisture condensation on an electrical device, and a method of preserving an electrical device for an electrotransport drug delivery device. The US 2002/0 107 470 A1 discloses methods of manufacturing microchip devices for the controlled release of molecules, such as. B. Medicines, a method of making the devices comprising the steps of: (1) filling a mold with a polymer powder; (2) compressing the powder to form a polymer preform; (3) thermally compression molding the preform to form a substrate in a mold having a plurality of protrusions that form reservoirs in the substrate; and (4) filling the reservoir with a delivery system containing the molecules to be released. Furthermore, the US 2005/0 050 859 A1 A method of hermetically sealing an opening in a reservoir of a containment device, the method comprising applying a polymeric material to an opening in a reservoir of a containment device, the reservoir comprising reservoir contents (such as a drug or a sensor) that are contained within the Reservoirs are to be hermetically isolated, the applied polymeric material closing the opening and forming a temporary seal; and adhering a hermetic sealing material to the polymeric material to hermetically seal the opening.

Bei einigen Anwendungen können zum Erreichen der gewünschten Größe der Ausgabeeinheit im Mikrometermaßstab strenge Vorgaben zur Energiespeicherung und Stromzufuhr nötig sein. Zum Beispiel können kleinere Abmessungen von implantierbaren und tragbaren Einheiten zum Ausgeben von Arzneimitteln in Hinblick auf Annehmlichkeit und Schutz der Privatsphäre des Patienten bevorzugt sein. Zum Freigeben des Materials aus dem Behälter ist jedoch Energie erforderlich, und außerdem kann durch Wärmeleitung innerhalb der Einheitenstruktur viel Energie verloren gehen. Flüssigkeit enthaltende Behälter können zum Beispiel von unerwünscht hoher Wärmeleitung betroffen sein. Somit besteht ein Bedarf, die zum Freigeben aus dem Behälter erforderliche Energie auf einen Mindestwert zu verringern.In some applications, strict specifications for energy storage and power supply may be necessary in order to achieve the desired size of the output unit on the micrometer scale. For example, smaller dimensions of implantable and portable drug dispensing units may be preferred for patient convenience and privacy. However, energy is required to release the material from the container and, in addition, much energy can be lost through conduction within the unit structure. Containers containing liquids can, for example, be affected by undesirably high heat conduction. Thus, there is a need to minimize the energy required to release it from the container.

KURZDARSTELLUNGSHORT REPRESENTATION

Die vorliegende Erfindung wird durch den unabhängigen Anspruch 1 beschrieben. In den abhängigen Ansprüchen sind weitere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.The present invention is described by independent claim 1. Further embodiments of the invention are presented in the dependent claims.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Flüssigkeitsausgabevorrichtung. Die Vorrichtung enthält ein erstes Substrat, das einen in dem ersten Substrat gebildeten Behälter enthält. Die Vorrichtung enthält auch eine auf der Oberfläche des ersten Substrats angeordnete Membran, die eine Öffnung des Behälters bedeckt. Bei der Membran kann es sich gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung um eine Metallschicht, eine elektrisch isolierende dielektrische Schicht, oder eine Kombination von metallischen und isolierenden Strukturen handeln. Die Vorrichtung enthält auch ein an das erste Substrat geklebtes zweites Substrat, wobei das zweite Substrat eine Behälterdichtung enthält. Die Vorrichtung enthält auch eine auf eine Innenfläche der Membran aufgebrachte hydrophobe Schicht. Die Vorrichtung enthält ferner eine in elektrischem Kontakt mit der Membran stehende Elektrode. Solche Ausführungsformen können durch Schmelzen oder Zerbrechen zum Aktivieren und automatischen Ausgeben einer Flüssigkeit mit möglichst geringen durch Wärmeleitung der Flüssigkeiten bedingten Energieverlusten sorgen. Embodiments of the present invention relate to a liquid dispensing device. The device includes a first substrate that includes a container formed in the first substrate. The device also includes a membrane disposed on the surface of the first substrate that covers an opening of the container. According to some embodiments of the invention, the membrane can be a metal layer, an electrically insulating dielectric layer, or a combination of metallic and insulating structures. The device also includes a second substrate adhered to the first substrate, the second substrate including a container seal. The device also includes a hydrophobic layer applied to an inner surface of the membrane. The device also includes an electrode in electrical contact with the membrane. Such embodiments can, by melting or breaking, provide for the activation and automatic dispensing of a liquid with the lowest possible energy losses due to thermal conduction of the liquids.

Weitere technische Merkmale und Vorteile werden durch die Techniken der vorliegenden Erfindung bewirkt. Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung werden hierin ausführlich beschrieben und als Bestandteil des beanspruchten Gegenstands angesehen. Zum besseren Verständnis wird auf die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen verwiesen.Other technical features and advantages are brought about by the techniques of the present invention. Embodiments and aspects of the invention are described in detail herein and are considered part of the claimed subject matter. For a better understanding, reference is made to the detailed description and the drawings.

FigurenlisteFigure list

Die Besonderheiten der hierin beschriebenen Exklusivrechte werden in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung ausführlich dargelegt und ausdrücklich beansprucht. Die obigen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich, wobei:

  • 1 einen Blockschaltplan zeigt, der ein Beispiel eines Verarbeitungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 2A ein beispielhaftes System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2B eine weitere Ansicht des beispielhaften Systems von 2A gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3A ein beispielhaftes System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3B eine weitere Ansicht des beispielhaften Systems von 3A gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4A ein beispielhaftes System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4B eine weitere Ansicht des beispielhaften Systems von 3A gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 einen Blockschaltplan der Steuerschaltung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 einen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7 einen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
The particularities of the exclusive rights described herein are set out in detail and expressly claimed in the claims at the end of the description. The above and other features and advantages of the embodiments of the invention will become apparent from the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, wherein:
  • 1 Figure 12 is a block diagram illustrating an example of a processing system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
  • 2A Figure 11 shows an exemplary system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
  • 2 B another view of the exemplary system of FIG 2A according to one or more embodiments of the present invention.
  • 3A Figure 11 shows an exemplary system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
  • 3B another view of the exemplary system of FIG 3A according to one or more embodiments of the present invention.
  • 4A Figure 11 shows an exemplary system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
  • 4B another view of the exemplary system of FIG 3A according to one or more embodiments of the present invention.
  • 5 Figure 12 shows a block diagram of the control circuit in accordance with one or more embodiments of the present invention.
  • 6th Figure 11 shows a flow diagram of an exemplary method in accordance with one or more embodiments of the present invention.
  • 7th Figure 11 shows a flow diagram of an exemplary method in accordance with one or more embodiments of the present invention.

Die hierin gezeigten Schaubilder dienen der Veranschaulichung. Es kann viele Varianten der Schaubilder oder der darin beschriebenen Operationen geben, ohne vom Wesensgehalt der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können die Aktionen in einer abweichenden Reihenfolge ausgeführt oder Aktionen hinzugefügt, weggelassen oder verändert werden. Ferner wird durch den Begriff „verbunden mit“ und dessen Varianten beschrieben, dass zwischen zwei Elementen eine Verbindung zum Austauschen von Daten, jedoch keine direkte Verbindung zwischen den Elementen ohne weitere Elemente/Verbindungen zwischen ihnen besteht. Alle diese Varianten werden als Bestandteil der Beschreibung angesehen.The graphs shown herein are provided for illustrative purposes. There can be many variations on the diagrams or the operations described therein without departing from the spirit of the invention. For example, the actions can be carried out in a different order, or actions can be added, omitted or changed. Furthermore, the term “connected to” and its variants describes that there is a connection between two elements for exchanging data, but no direct connection between the elements without further elements / connections between them. All of these variants are regarded as part of the description.

In den beiliegenden Figuren und der folgenden detaillierten Beschreibung der beschriebenen Ausführungsformen sind die verschiedenen in den Figuren veranschaulichten Elemente mit zwei- oder dreistelligen Bezugsnummern versehen. Bis auf wenige Ausnahmen entsprechen die äußerst linken Ziffern der Bezugsnummer der Figur, in der dieses Element zuerst veranschaulicht wurde.In the accompanying figures and the following detailed description of the described embodiments, the various elements illustrated in the figures are provided with two- or three-digit reference numbers. With a few exceptions, the leftmost digits correspond to the reference number of the figure in which this element was first illustrated.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Der Einfachheit halber werden herkömmliche Techniken in Bezug auf die Herstellung von Halbleitereinheiten und integrierte Schaltkreise (IC) hierin möglicherweise nicht im Einzelnen beschrieben. Außerdem können die verschiedenen hierin beschriebenen Aufgaben und Prozessschritte in eine umfangreichere Prozedur oder einen entsprechenden Prozess einbezogen werden, der weitere hierin nicht im Einzelnen beschriebene Schritte oder Funktionalitäten aufweist. Insbesondere sind verschiedene Schritte zur Herstellung von Halbleitereinheiten und ICs auf der Grundlage von Halbleitern bestens bekannt, sodass der Einfachheit halber viele herkömmliche Schritte hierin nur kurz erwähnt oder ohne Darstellung bestens bekannter Prozessdetails vollständig weggelassen werden.For the sake of simplicity, conventional techniques relating to semiconductor device and integrated circuit (IC) fabrication may not be described in detail herein. In addition, the various tasks and process steps described herein can be incorporated into a more extensive procedure or a corresponding process that has further steps or functionalities not described in detail herein. In particular, various steps for manufacturing semiconductor devices and ICs based on semiconductors are well known, so that for the sake of simplicity, many conventional steps are only briefly mentioned herein or are completely omitted without illustrating well-known process details.

Im Rahmen eines Überblicks über Technologien, die in Bezug auf Aspekte der Erfindung von größerer Bedeutung sind, wird festgestellt, dass digitale Ausgabeeinheiten bei Anwendungen wünschenswert sein können, die auf automatische Art und Weise von genauer Zeitplanung und/oder Freigeben genauer Stoffmengen profitieren können. Bei Anwendungen zum Ausgeben von Medikamenten können digitale Ausgabeeinheiten zum Beispiel eine Mehrzahl Behälter enthalten, die ferngesteuert nach einer genau festgelegten Ausgabe und Zeitplanung geöffnet werden. In einigen Fällen, darunter pharmazeutische Anwendungen sowie Anwendungen ohne pharmazeutischen Bezug, können digitale Ausgabeeinheiten dazu verwendet werden, ein Mittel zum automatischen Auslösen oder Beenden einer chemischen Reaktion freizugeben. Zum Beispiel kann bei Anwendungen mit Mikrobatterien durch digitales Freigeben eines Elektrolyts aus einem Behälter der Mikrobatterie automatisch ferngesteuert aktiviert werden. Bei einer anderen Anwendung ist eine Anordnung von Biosensoren in einer Rückwand so beschaffen, dass diese nach einer chemischen Aktivierung auf spezifische Biomarker reagieren. Vor dem Verwenden können die Oberflächen der Biosensoren gereinigt werden. Die einzelnen Biosensoren können durch eine Membran abgedichtet und geschützt werden, und jeder Biosensor kann sich nahe einem Behälter mit einer flüssigen chemischen Substanz befinden, die die Oberfläche des Sensors zum Detektieren des Biomarkers eines Analyten aktiviert. Nach Senden eines Aktivierungssignals werden sowohl die Membran des Behälters mit der chemischen Aktivierungssubstanz als auch die Membran zum Abdichten des Biosensors geöffnet. In manchen Fällen können die digitalen Ausgabeeinheiten an Sensorsysteme angeschlossen sein, um ein automatisches Arzneiausgabesystem in einem Kreislaufprozess bereitzustellen.In reviewing technologies that are more important to aspects of the invention, it is found that digital output devices may be desirable in applications that can automatically benefit from accurate scheduling and / or release of accurate amounts of substance. In drug dispensing applications, for example, digital dispensing units may contain a plurality of containers that are remotely opened according to a precisely defined dispensing and schedule. In some cases, including pharmaceutical applications as well as non-pharmaceutical related applications, digital output devices can be used to provide a means for automatically initiating or terminating a chemical reaction. For example, in applications with microbatteries, the microbattery can be automatically activated remotely by digitally releasing an electrolyte from a container. In another application, an arrangement of biosensors in a rear wall is designed in such a way that they react to specific biomarkers after chemical activation. The surfaces of the biosensors can be cleaned before use. The individual biosensors can be sealed and protected by a membrane, and each biosensor can be located near a container with a liquid chemical substance that activates the surface of the sensor to detect the biomarker of an analyte. After sending an activation signal, both the membrane of the container with the chemical activating substance and the membrane for sealing the biosensor are opened. In some cases, the digital dispensing units can be connected to sensor systems in order to provide an automatic drug dispensing system in a circulatory process.

Durch ihre Fähigkeit zur ferngesteuerten Ausgabe von Stoffen aus digitalen Ausgabeeinheiten werden diese potenziell in implantierbaren oder tragbaren Einheiten anwendbar. Zum Beispiel kann eine Behandlung bestimmter medizinischer Indikationen Verabreichen von Stoffen, die für orales Verabreichen nicht geeignet oder optimal sind, oder Ausgabe von Stoffen mit einer genauen Dosierung oder nach einem Zeitplan erfordern. Bei solchen Anwendungen eignen sich Arzneiausgabeimplantate zum Verabreichen von Stoffen nach einem genauen Zeitplan mit geringstmöglichem Eingreifen eines Patienten oder Gesundheitsdienstleisters. Zusätzlich zu implantierten Systemen könnten digitale Ausgabeeinheiten ähnliche Ausgabevorteile in tragbaren (z.B. transdermalen, transmucosalen usw.) Systemen wie in Systemen mit selbstklebenden Pflastern bereitstellen.Their ability to remotely dispense substances from digital dispensing devices makes them potentially applicable in implantable or wearable devices. For example, treatment of certain medical indications may require the administration of materials that are not suitable or optimal for oral administration, or the delivery of materials at a precise dosage or on a schedule. In such applications, drug delivery implants are useful for delivering drugs on a precise schedule with minimal patient or healthcare provider intervention. In addition to implanted systems, digital output devices could provide similar output benefits in portable (e.g., transdermal, transmucosal, etc.) systems as in self-adhesive patch systems.

Verwenden digitaler Ausgabeeinheiten in Anwendungen, bei denen die Einheitengröße von Bedeutung ist, beispielsweise in implantierbaren oder tragbaren Einheiten, stellt Anforderungen an Systemgestaltung. Abgesehen von Anforderungen seitens Patient und Gesundheitsdienstleister an kleine Einheiten in Bezug auf Annehmlichkeiten des Patienten können die physischen Abmessungen von Einheiten begrenzt sein, die in den Patienten implantiert oder von ihm getragen werden können. Demgemäß können durch kleinere Einheitenvolumina die Anforderungen an Energiespeicherung und Stromzufuhr deutlich verringert werden. Durch Verringern der zum Freigeben aus einem Behälter erforderlichen Energie auf ein Mindestmaß können Gestaltung und Leistungsfähigkeit der Einheit verbessert werden.Using digital output devices in applications where device size is a concern, such as in implantable or portable devices, places demands on system design. Apart from patient and healthcare provider requirements for small units for patient convenience, there may be limitations on the physical dimensions of units that can be implanted in or carried by the patient. Accordingly, the requirements for energy storage and power supply can be significantly reduced by using smaller unit volumes. By minimizing the energy required to release it from a container, the design and performance of the unit can be improved.

Wärmeleitung innerhalb der Einheitenstruktur kann zu erheblichen Energieverlusten in digitalen Ausgabeeinheiten führen. Zum Beispiel kann in Behältern mit darin enthaltenen Flüssigkeiten eine hohe Wärmeleitung auftreten.Thermal conduction within the unit structure can lead to considerable energy losses in digital output units. For example, high heat conduction can occur in containers with liquids in them.

Herkömmliche digitale Ausgabeeinheiten können eine zerstörbare Metallmembran enthalten, die einen Behälter bedeckt. Zum Freigeben eines Stoffes aus dem Behälter kann die Membran durch Bereitstellen eines elektrischen Stroms aktiviert werden, der zum Zerreißen oder Schmelzen der Membran ausreicht und dadurch die Öffnung des Behälters zur Umgebung hin freilegt. Flüssigkeiten sind jedoch gute Wärmeleiter. Vor dem Zerreißen oder Schmelzen der Membran entzieht die in dem Behälter oder dem Hohlraum befindliche Flüssigkeit, die in Kontakt mit der Membran steht, dem System zusätzliche Energie. Durch die aus dem System aufgenommene Energie kann jedoch außerdem die in Kontakt mit der Membran stehende Flüssigkeit verdampft werden. Solches Verdampfen kann nicht nur zusätzliche Wärme erfordern, sondern möglicherweise auch thermisch empfindliche Stoffe in dem Behälter zersetzen oder schädigen.Conventional digital output devices may include a breakable metal membrane covering a container. In order to release a substance from the container, the membrane can be activated by providing an electrical current which is sufficient to tear or melt the membrane and thereby expose the opening of the container to the environment. However, liquids are good conductors of heat. Before the membrane ruptures or melts, the liquid in the container or cavity that is in contact with the membrane extracts additional energy from the system. However, the energy absorbed from the system can also vaporize the liquid in contact with the membrane. Such evaporation can not only require additional heat, but also potentially degrade or damage thermally sensitive materials in the container.

Einige herkömmliche digitale Ausgabeeinheiten können lösbare Membranen enthalten, beispielsweise über ein Scharnier am Unterteil der Einheit angebrachte Membranen. Nach Aktivieren durch Zuführen von Energie zu dem System kann sich die Membran teilweise von der Struktur lösen und dadurch Flüssigkeit in einem Behälter oder Hohlraum an die Umgebung abgeben. Aus ähnlichen Gründen wie oben kann für die in Kontakt mit den Dichtringen solcher Einheiten stehenden Flüssigkeiten zum Öffnen der Membran mehr Energie erforderlich sein.Some conventional digital output units may contain detachable diaphragms, such as diaphragms attached to the base of the unit via a hinge. After activation by supplying energy to the system, the membrane can partially detach from the structure and as a result, liquid in a container or cavity is released into the environment. For reasons similar to the above, liquids in contact with the sealing rings of such units may require more energy to open the membrane.

Zu herkömmlichen Verfahren zum Verringern von Energieverlusten in Bezug auf Flüssigkeitsbehälter kann Lyophilisieren vorgesehener Behältermaterialien gehören, um Behälterflüssigkeiten zu verringern und/oder auszuschließen. Lyophilisieren (Gefriertrocknen) ist ein Prozess, bei dem Wasser durch Einfrieren einer vorgesehenen Lösung aus einer Probe entfernt und unter niedrigem Druck aus der gefrorenen Lösung sublimiert wird, sodass eine eingetrocknete oder pulverisierte Probe zurückbleibt. Lyophilisieren kann jedoch nicht nur zusätzliche Kosten verursachen und weitere Prozessschritte erfordern, sondern für bestimmte Verbindungen ungeeignet sein sowie zusätzliche Schritte zum Wiederherstellen vor Verabreichen des gewünschten Stoffes zu seinem Zielort erfordern. Damit Lyophilisieren kostengünstig wird, müssen möglicherweise oft große Chargen verarbeitet werden. Es besteht weiterhin ein Bedarf, Wärmeleitung in digitalen Ausgabesystemen zu verringern, insbesondere in Systemen, die flüssige Stoffe in den Behältern enthalten.Conventional methods of reducing energy losses with respect to liquid containers may include lyophilizing intended container materials to reduce and / or eliminate container liquids. Lyophilization (freeze-drying) is a process in which water is removed from a sample by freezing a designated solution and sublimed from the frozen solution under low pressure, leaving a dried or powdered sample. Lyophilization, however, can not only incur additional costs and additional process steps, it can also be unsuitable for certain compounds and require additional steps to reconstitute before the desired substance is administered to its destination. In order for lyophilization to be inexpensive, large batches may often have to be processed. There remains a need to reduce heat conduction in digital dispensing systems, particularly in systems that contain liquids in the containers.

Im Rahmen einer Übersicht von Aspekten der Erfindung beheben eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung die oben beschriebenen Nachteile nach dem Stand der Technik durch Bereitstellen einer hydrophoben Schicht auf der Freigabemembran einer digitalen Ausgabeeinheit. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ist ein Behälter an einem der Membran und der hydrophoben Schicht entgegengesetzten Ende durch ein zweites Substrat abgedichtet. Das zweite Substrat kann gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung eine hydrophile Oberfläche enthalten. Mittels solcher Ausführungsformen der Erfindung kann die Flüssigkeit zu der hydrophilen Oberfläche hin und von der Membran weggezogen werden.In the context of an overview of aspects of the invention, one or more embodiments of the invention eliminate the above-described disadvantages according to the prior art by providing a hydrophobic layer on the release membrane of a digital output unit. According to some embodiments of the invention, a container is sealed at an end opposite the membrane and the hydrophobic layer by a second substrate. According to some embodiments of the invention, the second substrate can contain a hydrophilic surface. By means of such embodiments of the invention, the liquid can be drawn towards the hydrophilic surface and away from the membrane.

Mittels der oben beschriebenen Aspekte der Erfindung werden die Nachteile nach dem Stand der Technik durch Verringern der Wärmeleitung in der Einheitenstruktur behoben, indem flüssige Substanzen aus dem Behälter oder dem Hohlraum von der Membran abgestoßen werden. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung bildet die hydrophobe Schicht ein Luftpolster zwischen einer Oberfläche des Flüssigkeitsbehälters und der Membran, wobei das Luftpolster für Wärmedämmung und verbesserte thermische Eigenschaften sorgt.By means of the aspects of the invention described above, the disadvantages of the prior art are overcome by reducing the conduction of heat in the unit structure by repelling liquid substances from the container or the cavity of the membrane. According to some embodiments of the invention, the hydrophobic layer forms an air cushion between a surface of the liquid container and the membrane, the air cushion providing thermal insulation and improved thermal properties.

1 zeigt eine Ausführungsform eines Verarbeitungssystems 100 zum Umsetzen der hierin dargelegten Lehren. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung hat das System 100 eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten (Prozessoren) 101a, 101b, 101c usw. (die insgesamt oder stellvertretend als Prozessor(en) bezeichnet werden). Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann jeder Prozessor 101 einen Computer-Mikroprozessor mit reduziertem Befehlssatz (RISC) enthalten. Die Prozessoren 101 sind durch einen Systembus 113 mit einem Systemspeicher 114 und verschiedenen anderen Komponenten verbunden. Ein Nur-Lese-Speicher (ROM) 102 ist mit dem Systembus 113 verbunden und kann ein Grundlegendes Eingabe/Ausgabe-System (BIOS) enthalten, das bestimmte Grundfunktionen des Systems 100 steuert. 1 Figure 3 shows one embodiment of a processing system 100 to practice the teachings set forth herein. According to this embodiment of the invention, the system has 100 one or more processing units (processors) 101a , 101b , 101c etc. (collectively or representatively referred to as the processor (s)). According to one embodiment of the invention, each processor 101 contain a reduced instruction set computer microprocessor (RISC). The processors 101 are through a system bus 113 with a system memory 114 and various other components connected. A read-only memory (ROM) 102 is with the system bus 113 and may contain a basic input / output system (BIOS) that performs certain basic functions of the system 100 controls.

1 zeigt ferner einen Eingabe/Ausgabe- (E/A-) Adapter 107 und einen NetzwerkAdapter 106, die mit dem Systembus 113 verbunden sind. Bei dem E/A-Adapter 107 kann es sich um einen Schnittstellenadapter für kleine Computersysteme (SCSI) handeln, der Daten mit einer Festplatte 103 und/oder einem Bandspeicherlaufwerk 105 oder einer beliebigen anderen Komponente austauscht. Der E/A-Adapter 107, die Festplatte 103 und das Bandspeicherlaufwerk 105 werden hierin insgesamt als Massenspeicher 104 bezeichnet. Ein Betriebssystem 120 zum Ausführen auf dem Verarbeitungssystem 100 kann in dem Massenspeicher 104 gespeichert sein. Durch einen Netzwerkadapter 106 ist der Bus 113 mit einem externen Netzwerk 116 verbunden, damit das Datenverarbeitungssystem 100 Daten mit anderen ähnlichen Systemen austauschen kann. Ein Bildschirm (z.B. ein Anzeigemonitor) 115 ist mit dem Systembus 113 durch einen Bildschirmadapter 112 verbunden, der einen Grafikadapter zum Verbessern der Leistungsfähigkeit von grafikintensiven Anwendungen und eine Videosteuerung enthalten kann. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Adapter 107, 106, 112 mit einem oder mehreren E/A-Bussen verbunden sein, die über eine (nicht gezeigte) zwischengeschaltete Busbrücke mit dem Systembus 113 verbunden sind. Geeignete E/A-Busse zum Anschließen von Peripherieeinheiten wie Festplattensteuerungen, Netzwerkadapter und Grafikadapter enthalten üblicherweise einheitliche Protokolle wie beispielsweise Verbindungsbus für Erweiterungskomponenten (PCI). Gezeigt sind weitere Eingabe/Ausgabe-Einheiten, die über den Benutzerschnittstellenadapter 108 und den Bildschirmadapter 112 mit dem Systembus 113 verbunden sind. Außerdem sind eine Tastatur 108, eine Maus 110 und ein Lautsprecher 111 über den Benutzerschnittstellenadapter 113 untereinander verbunden, der zum Beispiel einen E/A-Super-Chip zum Zusammenfassen mehrerer Einheitenadapter zu einer einzigen integrierten Schaltung enthalten kann. 1 also shows an input / output (I / O) adapter 107 and a network adapter 106 that are connected to the system bus 113 are connected. The I / O adapter 107 can be a small computer system interface adapter (SCSI) that transfers data to a hard drive 103 and / or a tape storage drive 105 or any other component. The I / O adapter 107, the hard drive 103 and the tape storage drive 105 are used herein as a mass storage device 104 designated. An operating system 120 to run on the processing system 100 can in the mass storage 104 be saved. Through a network adapter 106 is the bus 113 with an external network 116 connected to it the data processing system 100 Can exchange data with other similar systems. A screen (e.g., a display monitor) 115 is connected to the system bus 113 through a display adapter 112 connected, which may include a graphics adapter to improve the performance of graphics-intensive applications and video control. According to one embodiment of the invention, the adapter 107 , 106 , 112 be connected to one or more I / O buses which are connected to the system bus via an intermediate bus bridge (not shown) 113 are connected. Suitable I / O buses for connecting peripheral units such as hard disk controllers, network adapters and graphics adapters usually contain uniform protocols such as a connection bus for expansion components (PCI). Further input / output units are shown, which are connected via the user interface adapter 108 and the display adapter 112 with the system bus 113 are connected. There is also a keyboard 108 , a mouse 110 and a speaker 111 through the user interface adapter 113 interconnected, which may contain, for example, an I / O superchip for combining multiple unit adapters into a single integrated circuit.

Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung enthält das Verarbeitungssystem 100 eine Grafikbearbeitungseinheit 130. Bei der Grafikbearbeitungseinheit 130 handelt es sich um eine spezialisierte elektronische Schaltung zum Bearbeiten und Ändern eines Speichers zum Beschleunigen des Erzeugens von Bildern in einem Bildspeicher, die an einen Bildschirm ausgegeben werden sollen. Im Allgemeinen ist die Grafikbearbeitungseinheit 130 beim Bearbeiten von Computergrafiken und beim Bildbearbeiten sehr leistungsfähig und hat eine hochparallele Struktur, durch die sie für Algorithmen, bei denen große Datenblöcke parallel verarbeitet werden, leistungsfähiger als Universal-Computer wird.According to exemplary embodiments of the invention, the processing system includes 100 a graphics processing unit 130 . At the graphics processing unit 130 is it a Specialized electronic circuit for editing and changing a memory to speed up the generation of images in an image memory to be displayed on a screen. In general, it is the graphics processing unit 130 very powerful in processing computer graphics and image processing and has a highly parallel structure, which makes it more powerful than general-purpose computers for algorithms in which large blocks of data are processed in parallel.

Gemäß der Anordnung in 1 enthält das System 100 somit Verarbeitungskapazität in Form von Prozessoren 101, Speicherkapazität mit einem Systemspeicher 114 und einem Massenspeicher 104, Eingabemittel wie eine Tastatur 109 und eine Maus 110 sowie Ausgabemittel mit einem Lautsprecher 111 und einem Bildschirm 115. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dienen ein Bereich des Systemspeichers 114 und des Massenspeichers 104 gemeinsam zum Speichern eines Betriebssystems wie des Betriebssystems AIX® von der IBM Corporation zum Steuern der Funktionen der verschiedenen in 1 gezeigten Komponenten.According to the arrangement in 1 contains the system 100 thus processing capacity in the form of processors 101 , Storage capacity with a system memory 114 and a mass storage device 104 , Input means such as a keyboard 109 and a mouse 110 and output means with a loudspeaker 111 and a screen 115 . According to one embodiment of the invention, an area of system memory is used 114 and mass storage 104 together for storing an operating system such as the AIX operating system ® by IBM Corporation for controlling the functions of the various in 1 components shown.

Nunmehr werden im Einzelnen Aspekte der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei 2A ein hydrophobes Ausgabesystem 200 gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt. Das System 200 enthält ein erstes Substrat 210, das einen in der Oberfläche des Substrats 210 gebildeten Behälter 222 enthält. Das System 200 kann eine erste Opferschicht 212 auf der Oberseite des ersten Substrats 210 enthalten. Die Opferschicht 212 kann zum Beispiel Siliciumnitrid (SiN) oder Siliciumdioxid (SiO2) enthalten. Das System 200 kann eine Elektrodenschicht enthalten, die einen Stapel mehrerer Metallschichten mit einer Mehrzahl Metallschichten 214, 216, 218 enthält. Das System 200 kann auch eine Membran 220 enthalten, die in Kontakt mit einer oder mehreren der Metallschichten 214, 216, 218 steht und eine Öffnung des Behälters 220 bedeckt. Die Membran 220 kann eine Metalldünnschicht enthalten, zum Beispiel eine Metalldünnschicht mit einer Dicke von ungefähr 1 µm. Die Membran 220 kann auch ein Metall, das nach Aktivieren zerreißt oder schmilzt, und zum Beispiel Gold, Aluminium, Indium oder ein reaktives Material enthalten, das aus einem Stapel Metallschichten wie Nickel und Aluminium oder Aluminium und Palladium besteht. Die Membran 220 kann auch elektrisch isolierende dielektrische Materialien wie Siliciumdioxid (SiO2), Siliciumnitrid (SiN) oder Polymerwerkstoffe enthalten. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält die Membran 220 eine hydrophobe Schicht 224 auf einer dem Hohlraum 222 zugewandten Oberfläche. Das System 200 kann eine zweite Opferschicht 226 an der Unterseite des Substrats 210 enthalten. Die zweite Opferschicht 226 kann dasselbe Material wie die erste Opferschicht 212, beispielsweise SiNx oder SiO2, oder ein anderes Material als die erste Opferschicht 212 enthalten. Das System 200 kann auch eine Dichtungsschicht 208 und eine Behälterdichtung 206 enthalten. Die Dichtungsschicht 208 und die Behälterdichtung 206 können ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt wie eine mit Metall beschichtete Polymerschicht enthalten, die Indium (In) enthält. Die Behälterdichtung 206 kann mit einem zweiten Substrat 209 verbunden sein, die eine biokompatible Schicht 202 enthält, die mit einer metallkompatiblen Schicht 204 beschichtet ist. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung stellt die Behälterdichtung eine dauerhafte und/oder irreversible Dichtung für den Behälter bereit.Aspects of the present invention will now be described in detail, wherein 2A a hydrophobic dispensing system 200 shows according to embodiments of the invention. The system 200 contains a first substrate 210 , the one in the surface of the substrate 210 formed container 222 contains. The system 200 can be a first layer of sacrifice 212 on top of the first substrate 210 contain. The sacrificial layer 212 may for example contain silicon nitride (SiN) or silicon dioxide (SiO 2 ). The system 200 may include an electrode layer that is a stack of a plurality of metal layers with a plurality of metal layers 214 , 216 , 218 contains. The system 200 can also be a membrane 220 included that are in contact with one or more of the metal layers 214 , 216 , 218 stands and an opening of the container 220 covered. The membrane 220 may contain a metal thin film, for example a metal thin film with a thickness of about 1 µm. The membrane 220 may also contain a metal that tears or melts after activation, and for example gold, aluminum, indium or a reactive material consisting of a stack of metal layers such as nickel and aluminum or aluminum and palladium. The membrane 220 can also contain electrically insulating dielectric materials such as silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN) or polymer materials. According to some embodiments of the invention, the membrane contains 220 a hydrophobic layer 224 on one of the cavity 222 facing surface. The system 200 can be a second sacrificial layer 226 at the bottom of the substrate 210 contain. The second layer of sacrifice 226 can be the same material as the first sacrificial layer 212 , for example SiN x or SiO 2 , or a different material as the first sacrificial layer 212 contain. The system 200 can also be a waterproofing layer 208 and a container seal 206 contain. The waterproofing layer 208 and the container seal 206 may include a low melting point material such as a metal coated polymer layer containing indium (In). The container seal 206 can with a second substrate 209 be connected that has a biocompatible layer 202 Contains that with a metal compatible layer 204 is coated. According to some embodiments of the invention, the container seal provides a permanent and / or irreversible seal for the container.

Die Dichtungsschicht 208 und die Dichtung 206 können eine Öffnung des Behälters 222 umgeben und so beschaffen sein, dass sie den Hohlraum 222 verschließen und eine Substanz innerhalb des Hohlraums zurückhalten. Zwar ist zum Veranschaulichen nur ein Hohlraum 222 gezeigt, jedoch sollte klar sein, dass das Substrat 210 als Anordnung von Hohlräumen gebildet sein kann, die zum Beispiel Hunderte Hohlräume enthält, die als Behälter zum Aufbewahren derselben oder einer Kombination verschiedener auszugebender Substanzen dienen.The waterproofing layer 208 and the seal 206 can open an opening of the container 222 and be such that they enclose the cavity 222 seal and retain a substance within the cavity. To illustrate, there is only one cavity 222 shown, however, it should be understood that the substrate 210 can be formed as an array of cavities containing, for example, hundreds of cavities that serve as containers for storing the same or a combination of different substances to be dispensed.

Die Anzahl der Metallschichten kann je nach der gewünschten Anwendung des Systems variieren. Zum Beispiel kann ein System mit einer größeren Anzahl von Behältertypen oder mit einer relativ komplexen Freigabeplanung eine größere Anzahl Metallschichten als ein System mit weniger Behältertypen oder einer einfacheren Freigabeplanung enthalten. Die Metallschichten 214, 216, 218 können metallische Materialien wie Kupfer, Gold, Platin oder Titan enthalten und die Form von Metallschichten oder strukturierten Schichten annehmen, die metallische Elektrodenelemente enthalten, darunter Kupfer, Gold, Platin oder Titan, die in einer oder mehreren Siliciumdioxidschichten gebildet sind. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung stehen Elektroden in elektrischem Kontakt mit der Membran, um Strom zum Beispiel zum Erhitzen der Membran oder eines Teils der Membran zuzuführen. Der Stapel mehrerer Metallschichten kann so beschaffen sein, dass ein Teil der Membran 220 durch ihn lokal erhitzt wird.The number of metal layers can vary depending on the desired application of the system. For example, a system with a greater number of container types or with a relatively complex release schedule may contain a greater number of metal layers than a system with fewer container types or with a simpler release schedule. The metal layers 214 , 216 , 218 may contain metallic materials such as copper, gold, platinum or titanium and take the form of metal layers or structured layers containing metallic electrode elements, including copper, gold, platinum or titanium, formed in one or more layers of silicon dioxide. According to some embodiments of the invention, electrodes are in electrical contact with the membrane in order to supply current, for example for heating the membrane or a part of the membrane. The stack of several metal layers can be such that part of the membrane 220 is heated locally by it.

Der Hohlraum 222 kann einen Durchmesser haben, der zum Aufnehmen einer Flüssigkeit in einer für die gewünschte Anwendung ausreichenden Menge geeignet ist, zum Beispiel von ungefähr 1 bis ungefähr 100 Nanoliter (nl) oder ungefähr 10 bis ungefähr 50 nl Flüssigkeit. Der Hohlraum 222 kann zum Beispiel einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 100 Mikrometer bis ungefähr 1 Millimeter (mm) und eine Tiefe von ungefähr 100 bis ungefähr 500 Mikrometer haben.The cavity 222 may have a diameter suitable for containing a liquid in an amount sufficient for the desired application, for example from about 1 to about 100 nanoliters (nl) or about 10 to about 50 nl of liquid. The cavity 222 For example, it may have a diameter in the range of about 100 micrometers to about 1 millimeter (mm) and a depth of about 100 to about 500 micrometers.

Die biokompatible Schicht 202 enthält ein biokompatibles Substrat, beispielsweise ein Substrat, das Polydimethylsiloxan (PDMS), Silicium, Glas, Polyimid wie KAPTON® oder einen biokompatiblen Zement enthält. Die metallkompatible Schicht 204 kann ein Material enthalten, das mit der Dichtung 206 verbunden ist. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält die metallkompatible Schicht 204 Gold.The biocompatible layer 202 contains a biocompatible substrate, for example a substrate that contains polydimethylsiloxane (PDMS), silicon, glass, polyimide such as KAPTON ® or a biocompatible cement. The metal compatible layer 204 may contain a material that interacts with the seal 206 connected is. According to some embodiments of the invention, the metal compatible layer includes 204 Gold.

Die hydrophobe Schicht 224 kann auf der Struktur abgeschieden, auf sie aufgewachsen oder gebildet werden, zum Beispiel durch Plasmaabscheiden, Oberflächenbehandeln, Beschichten oder Nanobeschichten, Galvanisieren. Die hydrophobe Schicht 224 kann Materialien mit einer Hydrophobizität enthalten, die ausreicht, ein gewünschtes wässriges Material in dem Behälter abzustoßen. Die hydrophobe Schicht kann zum Beispiel Fluorkohlenwasserstoffe wie Teflon, teflonähnliche Materialien oder andere plasmabeschichtete hydrophobe fluorierte Dünnschichten; mikrostrukturierte Polymere wie PDMS oder SU-8; Nanobeschichtungen wie Beschichtungen, die Siliciumdioxid-Partikel, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Aluminiumoxid-Partikel; galvanisch abgeschiedene Metallschichten wie beispielsweise poröse Goldschichten; Oxide und Oxid-Verbundmaterialien wie Magnesiumoxid-Polystyrol- (MnO2/PS-) Nanoverbundmaterial oder Zinkoxid-Polystyrol-(ZnO/PS-) Nanoverbundmaterial, gefälltes Calciumkarbonat, Kohlenstoff-Nanoröhren; oder strukturierte Schichten wie beispielsweise Schichten mit Säulen- und/oder Rillenstruktur enthalten. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die Membran und zumindest ein Teil des Hohlraums wie die der Membran benachbarten Hohlraumwände mit der hydrophoben Schicht 224 ausgekleidet. Die hydrophobe Schicht kann eine Dicke von ungefähr 0,5 Nanometer (nm) bis ungefähr 1 Mikrometer haben. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält mindestens ein Teil der Membran eine elektrisch isolierende Schicht.The hydrophobic layer 224 can be deposited, grown on or formed on the structure, for example by plasma deposition, surface treatment, coating or nano-coating, electroplating. The hydrophobic layer 224 may contain materials with a hydrophobicity sufficient to repel a desired aqueous material in the container. The hydrophobic layer can, for example, be fluorocarbons such as Teflon, Teflon-like materials or other plasma-coated hydrophobic fluorinated thin films; microstructured polymers such as PDMS or SU-8; Nanocoatings such as coatings containing silicon dioxide particles, polytetrafluoroethylene (PTFE) or aluminum oxide particles; electrodeposited metal layers such as porous gold layers; Oxides and oxide composite materials such as magnesium oxide-polystyrene (MnO 2 / PS) nanocomposite material or zinc oxide-polystyrene (ZnO / PS) nanocomposite material, precipitated calcium carbonate, carbon nanotubes; or contain structured layers such as, for example, layers with a columnar and / or groove structure. According to some embodiments of the invention, the membrane and at least a part of the cavity, like the cavity walls adjacent to the membrane, have the hydrophobic layer 224 lined. The hydrophobic layer can have a thickness from about 0.5 nanometers (nm) to about 1 micrometer. According to some embodiments of the invention, at least a part of the membrane contains an electrically insulating layer.

2B zeigt das beispielhafte hydrophobe Ausgabesystem 200 von 2A nach Aktivieren gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Nach Aktivieren werden die Membran 220 und die hydrophobe Schicht 224 von der Einheit entfernt, zum Beispiel durch Zerreißen oder Schmelzen der Membran nach Anregen durch einen elektrischen Strom, sodass der Hohlraum 222 von der näheren Umgebung zugänglich ist. 2 B shows the exemplary hydrophobic dispensing system 200 of 2A after activation according to some embodiments of the invention. After activating the membrane 220 and the hydrophobic layer 224 removed from the unit, for example by tearing or melting the membrane after being excited by an electric current, so that the cavity 222 is accessible from the surrounding area.

Hydrophobe Ausgabesysteme gemäß Ausführungsformen der Erfindung können unter Verwenden üblicher Materialien und Halbleiter-Fertigungsprozesse hergestellt werden, darunter zum Beispiel mikroelektromechanische (MEMS) Technologie, Back-end-of-line-(BEOL-), Technologie, Fotolithografie, Waferbonden, Wafer-Abdünnen und Waferübertragungsprozesse. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung werden zum Aufbauen von Ausgabesystemen Materialien verwendet, die biokompatibel sind oder durch Beschichten mit geeigneten biokompatiblen Stoffen biokompatibel gemacht werden können.Hydrophobic dispensing systems according to embodiments of the invention can be fabricated using common materials and semiconductor manufacturing processes including, for example, microelectromechanical (MEMS) technology, back-end-of-line (BEOL) technology, photolithography, wafer bonding, wafer thinning, and the like Wafer transfer processes. According to some embodiments of the invention, materials that are biocompatible or can be made biocompatible by coating with suitable biocompatible substances are used to construct dispensing systems.

Zum Beispiel kann das Substrat 210 unter Verwenden eines beliebigen Standard-Halbleitermaterials wie Silicium oder durch Glas, Keramik usw. gebildet werden, Materialien, die zum Beispiel mikromechanisch bearbeitet oder unter Verwenden von Standard-Ätzprozessen (z.B. anisotropes chemisches Nassätzen oder lonen-Tiefätzen (DRIE)) und Wafer-Abdünnprozessen geätzt werden können. Das Substrat 210 kann unter Verwenden eines biokompatiblen Materials wie Silicium gebildet werden, das für die in den geätzten Hohlräumen enthaltene Flüssigkeit undurchlässig ist. Die Abmessungen und die Form des Hohlraums 222 und die Anzahl der in dem Substrat 210 gebildeten Hohlräume hängen von der jeweiligen Anwendung ab. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den Hohlräumen 222 um kreisförmige Hohlräume, die unter Verwenden eines RIE-Tiefätzprozesses in einem Silicium-Substrat gebildet sind. Gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Hohlräume die Form von vierseitigen Kegelstümpfen haben, die durch anisotropes Nassätzen von (100)-orientiertem Silicium gebildet wurden.For example, the substrate can 210 using any standard semiconductor material such as silicon or formed by glass, ceramic, etc., materials that are, for example, micromachined or using standard etching processes (e.g. anisotropic wet chemical etching or deep ionic etching (DRIE)) and wafer thinning processes can be etched. The substrate 210 can be formed using a biocompatible material such as silicon that is impermeable to the liquid contained in the etched cavities. The dimensions and shape of the cavity 222 and the number of in the substrate 210 cavities formed depend on the particular application. According to one embodiment of the invention, it is the cavities 222 around circular cavities formed in a silicon substrate using an RIE deep etch process. In accordance with other embodiments of the invention, the cavities may be in the form of quadrilateral truncated cones formed by anisotropic wet etching of (100) -oriented silicon.

Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Hohlraum 222 in einem Substrat vor dem Verschließen des Hohlraums 222 mit Flüssigkeit gefüllt werden. Zum Beispiel kann ein Hohlraum 222 vor dem Verbinden der Behälterdichtung 206 mit einem zweiten Substrat 209 mit einer Flüssigkeit gefüllt werden. Gemäß solchen Ausführungsformen der Erfindung zeichnet sich dieser Abdichtungsprozess dadurch aus, dass die abzufüllende in den Hohlraum 222 gelangende Substanz nicht negativ beeinflusst oder anderweitig geschädigt wird.According to some embodiments of the invention, a cavity 222 in a substrate prior to closing the cavity 222 filled with liquid. For example, a cavity 222 before connecting the container seal 206 with a second substrate 209 be filled with a liquid. According to such embodiments of the invention, this sealing process is characterized in that the filling process into the cavity 222 the substance entering is not negatively influenced or otherwise damaged.

Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das hydrophobe Dosiersystem Sensoren enthalten. Zu Sensoren können beliebige Sensorvorrichtungen gehören, die in einem miniaturisierten oder automatisierten Ausgabesystem von Nutzen sind. Als Sensoren können zum Beispiel pH-Sensoren, lonensensoren, Pulssensoren, Blutdrucksensoren, Strömungssensoren, Feuchtesensoren, Aktionspotenzialsensoren, Potenzialsensoren für lokale Felder, chemische Sensoren wie Nucleinsäuresensoren, Proteinsensoren, Exosomsensoren, Glucosesensoren oder spezielle Neurotransmittersensoren, optische Sensoren oder akustische Sensoren infrage kommen.According to some embodiments of the invention, the hydrophobic dosing system can contain sensors. Sensors can include any sensor device useful in a miniaturized or automated dispensing system. Possible sensors are, for example, pH sensors, ion sensors, pulse sensors, blood pressure sensors, flow sensors, humidity sensors, action potential sensors, potential sensors for local fields, chemical sensors such as nucleic acid sensors, protein sensors, exosome sensors, glucose sensors or special neurotransmitter sensors, optical sensors or acoustic sensors.

3A zeigt das beispielhafte hydrophobe Ausgabesystem 200 von 23A bei einem beispielhaften Prozessschritt des Füllens der Einheit mit einer Flüssigkeit. Das System 200 enthält ein Substrat 210, das einen in der Oberfläche des Substrats 210 gebildeten Hohlraum 222 enthält. Das System 200 kann eine erste Opferschicht 212 auf der Oberseite des Substrats 210 enthalten. Die Opferschicht 212 kann zum Beispiel Siliciumnitrid (SiN) oder Siliciumdioxid (SiO2) enthalten. Das System 200 kann einen Stapel mehrerer Metallschichten enthalten, der eine Mehrzahl Metallschichten 214, 216, 218 enthält. Das System 200 kann auch eine Membran 220 enthalten, die in Kontakt mit einer oder mehreren der Metallschichten 214, 216, 218 steht und den Hohlraum 220 bedeckt. Die Membran 220 kann eine dünne Metallschicht enthalten, zum Beispiel eine Metallschicht mit einer Dicke von ungefähr 1 Mikrometer. Die Membran 220 enthält ein Metall, das durch Aktivieren zerrissen, geschmolzen oder teilweise geschmolzen werden kann. Aktivieren des Systems zum Freigeben des Inhalts eines Behälters kann darin bestehen, dass ein starker Stromfluss durch die Membran 220 bereitgestellt wird, zum Beispiel mittels einer oder mehrerer Elektroden, die in Kontakt mit der Membran stehen. Die Membran 220 kann zum Beispiel Aluminium, Gold oder ein reaktives Material wie eine Schichtstruktur aus Aluminium und Palladium enthalten. Eine Oberfläche der Membran in dem Hohlraum 220 ist mit einer hydrophoben Schicht 224 ausgekleidet. Ein Tropfen einer Lösung 230 kann in den Hohlraum gefüllt werden. 3A zeigt, dass die Lösung 230 durch die hydrophobe Schicht 224 abgestoßen werden kann, sodass der Kontakt mit der Membran 220 und der hydrophoben Schicht 224 auf einen Mindestwert verringert wird, zum Beispiel durch Bilden eines Kügelchens. 3A shows the exemplary hydrophobic dispensing system 200 of 23A at a exemplary process step of filling the unit with a liquid. The system 200 contains a substrate 210 , the one in the surface of the substrate 210 formed cavity 222 contains. The system 200 can be a first layer of sacrifice 212 on top of the substrate 210 contain. The sacrificial layer 212 may for example contain silicon nitride (SiN) or silicon dioxide (SiO 2 ). The system 200 may include a stack of multiple metal layers that includes a plurality of metal layers 214 , 216 , 218 contains. The system 200 can also be a membrane 220 included that are in contact with one or more of the metal layers 214 , 216 , 218 stands and the cavity 220 covered. The membrane 220 may include a thin metal layer, for example a metal layer approximately 1 micrometer thick. The membrane 220 contains a metal that can be torn, melted, or partially melted when activated. Activating the system to release the contents of a container can consist of a strong current flow through the membrane 220 is provided, for example by means of one or more electrodes in contact with the membrane. The membrane 220 may for example contain aluminum, gold or a reactive material such as a layer structure of aluminum and palladium. A surface of the membrane in the cavity 220 is with a hydrophobic layer 224 lined. One drop of a solution 230 can be filled into the cavity. 3A shows that the solution 230 through the hydrophobic layer 224 can be repelled so that contact with the membrane 220 and the hydrophobic layer 224 is reduced to a minimum, for example by forming a bead.

3B zeigt das beispielhafte hydrophobe Ausgabesystem 200 von 3A nach dem Abdichten des Behälters. Der Behälterhohlraum 222 kann mittels eines zweiten Substrats 209 abgedichtet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das zweite Substrat 209 eine hydrophile Oberfläche 232 enthalten. Durch eine hydrophile Oberfläche 232 kann zum Beispiel die Flüssigkeit in dem Behälter 230 angezogen und von der Membran 220 und der hydrophoben Schicht 224 weiter weggezogen werden. Die hydrophile Oberfläche 232 kann eine beliebige Oberfläche mit einem biokompatiblen Material enthalten, darunter zum Beispiel üblicherweise in Halbleitereinheiten verwendete Materialien wie Silicium (Si), SiO2, SiNx oder andere Oxide. 3B shows the exemplary hydrophobic dispensing system 200 of 3A after sealing the container. The container cavity 222 can by means of a second substrate 209 be sealed. According to some embodiments of the invention, the second substrate can 209 a hydrophilic surface 232 contain. With a hydrophilic surface 232 for example the liquid in the container 230 attracted and from the membrane 220 and the hydrophobic layer 224 be pulled further away. The hydrophilic surface 232 may contain any surface with a biocompatible material including, for example, materials commonly used in semiconductor devices such as silicon (Si), SiO 2 , SiN x or other oxides.

4A zeigt ein hydrophobes Ausgabesystem 400 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Das System 400 enthält ein Substrat 404, in dem ein oder mehrere Hohlräume gebildet sein können. Das System 400 enthält eine schwenkbar aufgehängte Membran 402, die mit einer schwenkbaren Struktur 412 verbunden ist. Die schwenkbare Struktur kann ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt enthalten, beispielsweise eine mit einem Indium-haltigen Metall beschichtete Polymerschicht. Die Membran und wahlweise auch das Scharnier oder die Aufhängung 412 können im Innern des Behälters mit einer hydrophoben Schicht 224 ausgekleidet sein. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann auf dem Substrat 40 eine Mehrzahl Schichten abgeschieden oder gebildet sein, beispielsweise Oxidschichten 408 und Nitridschichten 406. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält das System 400 eine Steuerschaltung. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält das System 400 eine Metallschicht 410, die in Kontakt mit der schwenkbaren Struktur 412 steht. Das System kann auch Elektrodenelemente 420 enthalten. 4A shows a hydrophobic dispensing system 400 according to another embodiment of the invention. The system 400 contains a substrate 404 , in which one or more cavities can be formed. The system 400 contains a hinged membrane 402 that have a pivoting structure 412 connected is. The pivotable structure can contain a material with a low melting point, for example a polymer layer coated with an indium-containing metal. The membrane and optionally also the hinge or the suspension 412 can inside the container with a hydrophobic layer 224 be lined. According to some embodiments of the invention, on the substrate 40 a plurality of layers can be deposited or formed, for example oxide layers 408 and nitride layers 406 . According to some embodiments of the invention, the system includes 400 a control circuit. According to some embodiments of the invention, the system includes 400 a metal layer 410 that are in contact with the pivoting structure 412 stands. The system can also have electrode elements 420 contain.

4A zeigt, dass eine Flüssigkeit 230 in den Behälter gefüllt und mit der Membran 402 versiegelt werden kann. Durch die hydrophobe Schicht 224 kann die Flüssigkeit in dem Behälter 230 so abgewiesen werden, dass die Flüssigkeit nicht in Kontakt mit der Membran kommt. Durch die hydrophobe Schicht kann ein isolierendes Luftpolster zwischen der Oberfläche der Flüssigkeit und der Membran 402 gebildet werden. 4A shows that a liquid 230 filled in the container and with the membrane 402 can be sealed. Through the hydrophobic layer 224 can the liquid in the container 230 be rejected in such a way that the liquid does not come into contact with the membrane. The hydrophobic layer allows an insulating air cushion between the surface of the liquid and the membrane 402 are formed.

4B zeigt das beispielhafte hydrophobe Ausgabesystem 400 von 4B nach Aktivieren gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Nach Aktivieren werden die Membran 402 und zumindest ein Teil der hydrophoben Schicht 224 teilweise von der Struktur getrennt, zum Beispiel mittels MEMS-Technologie, sodass der Behälter zur lokalen Umgebung hin geöffnet wird und Substanzen innerhalb des Behälters freigegeben werden können. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zum Beispiel nach Schmelzen eines Teils einer Dichtung infolge lokalen Erhitzens durch eine angeschlossene Elektrode ein Scharnier geöffnet werden. Gemäß solchen Ausführungsformen der Erfindung kann die Membran 402 geöffnet werden, damit Substanzen innerhalb des Behälters schnell und vollständig freigegeben werden können, ohne die Membran vollständig von der Ausgabeeinheit zu trennen. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung steht die Membran 402 vor dem Aktivieren unter mechanischer Spannung, und zum Beispiel kann die Spannung durch Aktivieren gelöst werden, um entsprechend der Krümmung Öffnen der Membran vom Hohlraum des Behälters weg zu ermöglichen. 4B shows the exemplary hydrophobic dispensing system 400 of 4B after activation according to some embodiments of the invention. After activating the membrane 402 and at least part of the hydrophobic layer 224 partially separated from the structure, for example by means of MEMS technology, so that the container is opened to the local environment and substances can be released within the container. According to some embodiments of the invention, for example, after a part of a seal has melted as a result of local heating by a connected electrode, a hinge can be opened. According to such embodiments of the invention, the membrane 402 be opened so that substances within the container can be released quickly and completely without completely separating the membrane from the dispensing unit. According to some embodiments of the invention, the membrane is standing 402 prior to activation under mechanical tension, and for example the tension can be released by activation in order to enable the membrane to be opened away from the cavity of the container according to the curvature.

In dem System der 4A und 4B kann zum Beispiel eine Schmelztemperatur von ungefähr 157 °C erforderlich sein, um den Behälter für eine Membran mit Abmessungen von ungefähr 100 Mikrometer mal 100 Mikrometer und einer Dicke von ungefähr 1 Mikrometer und einer aus Indium bestehenden Dichtung zu öffnen, was einer Energiemenge von ungefähr 20 Mikrojoule (µJ) entspricht.In the system of 4A and 4B For example, a melt temperature of about 157 ° C may be required to open the container for a membrane measuring about 100 microns by 100 microns and about 1 micron thick and with a seal made of indium, which corresponds to an amount of energy of about 20 Microjoules (µJ).

Strukturen gemäß den 4A und 4B können unter Verwenden üblicher Halbleiter-Fertigungstechniken hergestellt werden, darunter zum Beispiel Damascene-Prozesse und lithografische Standardtechniken, die zum Herstellen von CMOS-Mehrschichtstrukturen verwendet werden.Structures according to the 4A and 4B can be fabricated using common semiconductor fabrication techniques including, for example, damascene processes and standard lithographic techniques used to fabricate CMOS multilayer structures.

5 ist ein Blockschaltplan einer Steuerschaltung, die zum Steuern des Freigebens von Inhalten aus Behältern einer Mikro-Chip-Ausgabeeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eingerichtet werden kann. 5 zeigt ein mit einer Stromquelle 514 verbundenes Steuersystem 500. Das Steuersystem 500 kann einen Mikroprozessor 508, einen Speicher 504 wie einen programmierbaren ROM, einen oder mehrere Sensoren 506, einen drahtlosen Sender/Empfänger 502, eine Demultiplexer-Schaltung 510 und eine Ausgabeanordnung 512 enthalten. Verschiedene Komponenten des Steuersystems 500 enthalten integrierte Schaltkreise, die als integraler Bestandteil einer Ausgabeeinheit gebildet sind, die eine hydrophobe Schicht enthält. In 5 kann die Ausgabeanordnung 512 wie oben erörtert zum Beispiel lösbare Membranstrukturen und Behälter enthalten. Das Steuersystem 500 kann unter Verwenden üblicher Schaltungsentwurfsverfahren entwickelt und mittels Standardverfahren für integrierte Schaltungen auf der Grundlage von Silicium hergestellt werden. 5 Figure 3 is a block diagram of a control circuit that can be configured to control the release of contents from bins of a microchip dispenser according to an embodiment of the invention. 5 shows one with a power source 514 connected tax system 500 . The tax system 500 can use a microprocessor 508 , a memory 504 like a programmable ROM, one or more sensors 506 , a wireless transmitter / receiver 502 , a demultiplexer circuit 510 and an output assembly 512 contain. Various components of the tax system 500 contain integrated circuits that are formed as an integral part of an output unit that contains a hydrophobic layer. In 5 can the output arrangement 512 for example, as discussed above, include releasable membrane structures and containers. The tax system 500 can be designed using standard circuit design techniques and fabricated using standard silicon-based integrated circuit techniques.

Der Mikroprozessor 508 kann Steuersignale für die Demultiplexerschaltung 510 erzeugen, um selektiv eine oder mehrere Membranen der Ausgabeanordnung 512 zu aktivieren. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Mikroprozessor 508 Steuersignale zum Aktivieren des Freigebens von Substanzen gemäß einem in dem programmierbaren ROM gespeicherten programmierten Ablaufplan erzeugen. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Mikroprozessor 508 Steuersignale zum Aktivieren des Freigebens von Substanzen gemäß Steuersignalen erzeugen, die von einem oder mehreren Sensoren 506 ausgegeben werden, die automatisch detektieren, wann entsprechend den lokalen Umständen eine Substanz freigegeben werden soll. Zum Beispiel kann eine Ausgabestruktur für Pharmazeutika ermitteln, wann Dosen einer bestimmten Arznei oder Medizin zumindest teilweise auf Grundlage der Analyse einer Biosensoreingabe verabreicht werden sollen, beispielsweise eines lokalen pH-Wertes oder einer lokalen lonenzusammensetzung, und eine oder mehrere Membranen aktivieren, um zumindest teilweise auf Grundlage der nachgewiesenen Bedingungen einen pharmazeutisch aktiven Bestandteil aus einem oder mehreren Behältern freizugeben. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Mikroprozessor 508 Steuersignale zum Aktivieren des Freigebens aktiver Substanzen gemäß Steuersignalen erzeugen, die zumindest teilweise auf Grundlage von Fernsteuerbefehlen von einem drahtlosen Empfänger ausgegeben wurden, wobei die Fernsteuerbefehle von einem Gesundheitsdienstleister oder einer Person mit einer implantierbaren oder tragbaren Substanz-Ausgabeeinheit stammen.The microprocessor 508 can control signals for the demultiplexer circuit 510 produce to selectively one or more diaphragms of the output assembly 512 to activate. According to some embodiments of the invention, the microprocessor 508 Generate control signals for activating the release of substances according to a programmed schedule stored in the programmable ROM. According to another embodiment of the invention, the microprocessor 508 Generate control signals for activating the release of substances in accordance with control signals received from one or more sensors 506 which automatically detect when a substance should be released according to the local circumstances. For example, a dispensing structure for pharmaceuticals can determine when doses of a particular drug or medicine should be administered at least in part based on the analysis of a biosensor input, for example a local pH value or a local ionic composition, and activate one or more membranes in order to at least partially To release a pharmaceutically active ingredient from one or more containers based on the proven conditions. According to yet another embodiment of the invention, the microprocessor 508 Generate control signals for activating the release of active substances in accordance with control signals issued based at least in part on remote control commands from a wireless receiver, the remote control commands being from a healthcare provider or a person with an implantable or wearable substance dispenser.

Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Stromquelle 514 als interne Stromquelle wie beispielsweise eine biokompatible Dünnschicht-Batterie realisiert werden, der in die Mikrochip-Ausgabeeinheit für Substanzen integriert ist. Bei solchen Ausführungsformen der Erfindung ist die Batteriekapazität durch die Batteriegröße, das Material und die Anforderungen an die Aufmachung begrenzt, sodass der Energiebedarf zum Freigeben aus dem Substrat vorzugsweise auf einen Mindestwert verringert wird. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Energieversorgung durch ein drahtloses Stromversorgungssystem gewährleistet werden, bei dem die Energie von einer externen Stromquelle zum Beispiel durch Nahfeldkommunikation (NFC) zum Steuersystem 514 übertragen wird.According to some embodiments of the invention, the power source can 514 can be implemented as an internal power source such as a biocompatible thin-film battery that is integrated into the microchip output unit for substances. In such embodiments of the invention, the battery capacity is limited by the battery size, the material and the requirements for the packaging, so that the energy requirement for release from the substrate is preferably reduced to a minimum value. In other embodiments of the invention, the energy supply can be ensured by a wireless power supply system, in which the energy is supplied from an external power source, for example by near field communication (NFC), to the control system 514 is transmitted.

6 zeigt einen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens 600 zum Ausgeben von Flüssigkeit gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beinhaltet zum Beispiel Bilden einer hydrophoben Auskleidung auf einer Freigabemembran in einem Behälter der Ausgabestruktur in Block 602. Das Verfahren 600 beinhaltet auch Bereitstellen einer Flüssigkeit in dem Behälter in Block 604. Das Verfahren 600 beinhaltet auch Abdichten des Behälters mit einer hydrophilen Schicht in Block 606. Das Verfahren 600 beinhaltet auch Bereitstellen eines elektrischen Stroms für die Freigabemembran zum Ausgeben der Flüssigkeit in Block 608. 6th Figure 3 shows a flow diagram of an exemplary method 600 for dispensing liquid according to one or more embodiments of the present invention. The method includes, for example, forming a hydrophobic liner on a release membrane in a container of the dispensing structure in blocks 602 . The procedure 600 also includes providing a liquid in the container in block 604 . The procedure 600 also includes sealing the container with a hydrophilic layer in block 606 . The procedure 600 also includes providing electrical power to the release membrane to dispense the liquid in block 608 .

7 zeigt einen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens 700 zum Ausgeben von Flüssigkeiten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 700 beinhaltet zum Beispiel Empfangen eines Signals in Bezug auf einen Umgebungszustand von einem Sensor gemäß Block 702. Alternativ kann das Verfahren gemäß einigen (in 7 nicht veranschaulichten) Ausführungsformen der Erfindung Empfangen eines Signals von einer externen Einheit oder Empfangen eines Signals von einem gespeicherten Zeitablaufplan beinhalten. Das Verfahren 700 beinhaltet auch Zuführen eines elektrischen Stroms gemäß Block 704 an eine mit einer hydrophoben Auskleidung beschichtete Freigabemembran, die einen Behälter der Ausgabestruktur bedeckt. Das Verfahren 700 beinhaltet auch Zerreißen der Membran mittels des elektrischen Stroms gemäß Block 706. 7th Figure 3 shows a flow diagram of an exemplary method 700 for dispensing liquids according to one or more embodiments of the present invention. The procedure 700 includes, for example, receiving a signal relating to an environmental condition from a sensor according to block 10 702 . Alternatively, according to some (in 7th Embodiments of the invention (not illustrated) include receiving a signal from an external unit or receiving a signal from a stored schedule. The procedure 700 also includes supplying an electric current according to block 704 to a release membrane coated with a hydrophobic liner covering a container of the dispensing structure. The procedure 700 also includes rupturing the membrane by means of the electrical current according to block 706 .

Im vorliegenden Zusammenhang ist unter einer „Flüssigkeit“ ein flüssiges wasserhaltiges Material zu verstehen. Als Flüssigkeit in Ausführungsformen der Erfindung kann jede beliebige Flüssigkeit infrage kommen, die zum Ausgeben aus einer miniaturisierten Ausgabeeinheit geeignet ist. Als Flüssigkeiten kommen zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, pharmazeutische Lösungen und Zubereitungen, Nährstofflösungen und -zubereitungen, Funktionslebensmittellösungen und -zubereitungen, Katalysatoren, Lösemittel, Reagenzien, Wirkstoffträgersubstrate, Verdünnungsmittel, Konservierungsmittel und dergleichen infrage. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält ein Behälter einen oder mehrere pharmazeutisch aktive Stoffe. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält der Behälter einen Elektrolyt, zum Beispiel einen Mikrobatterie-Elektrolyt. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung sind digitale Ausgabesysteme mit Sensorsystemen so verbunden, dass sie ein automatisches geregeltes Ausgabesystem bereitstellen.In the present context, a “liquid” is to be understood as a liquid, water-containing material. As a liquid in Embodiments of the invention can be any liquid that is suitable for dispensing from a miniaturized dispensing unit. Examples of liquids are, without being limited to them, pharmaceutical solutions and preparations, nutrient solutions and preparations, functional food solutions and preparations, catalysts, solvents, reagents, active substance carrier substrates, diluents, preservatives and the like. According to some embodiments of the invention, a container contains one or more pharmaceutically active substances. According to some embodiments of the invention, the container contains an electrolyte, for example a micro battery electrolyte. According to some embodiments of the invention, digital output systems are connected to sensor systems to provide an automatically controlled output system.

Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung sind Flüssigkeits-Ausgabeeinheiten in implantierbare oder tragbare Arznei-Ausgabesysteme eingebaut. Zum Beispiel können Flüssigkeits-Ausgabeeinheiten in Systemen enthalten sein, deren Zweck in der Behandlung und/oder Kontrolle von Diabetes, Schmerzen, Suchtverhalten, Schwangerschaftsverhütung neurologischen oder psychischen Störungen besteht.In accordance with some embodiments of the invention, fluid dispensing units are incorporated into implantable or portable drug delivery systems. For example, liquid dispensing units can be included in systems whose purpose is the treatment and / or control of diabetes, pain, addictive behavior, contraception, neurological or psychological disorders.

Ausführungsformen der Erfindung können verbesserte Flüssigkeits-Ausgabeeinheiten bereitstellen, indem zum Ausgeben von Flüssigkeiten in einer miniaturisierten Einheit weniger Energie verbraucht wird. Eine der Membran benachbarte hydrophobe Schicht kann Flüssigkeiten von der Membran in dem Behälter abstoßen und dadurch Materialien mit geringerem Energieaufwand aus der Struktur freigeben.Embodiments of the invention can provide improved liquid dispensing units by using less energy to dispense liquids in a miniaturized unit. A hydrophobic layer adjacent to the membrane can repel liquids from the membrane in the container and thereby release materials from the structure that require less energy.

Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen verbesserte Flüssigkeits-Ausgabeeinheiten durch Verringern des Risikos des Zerstörens oder Verschlechterns und/oder durch Verbessern des Zusammenhalts der Flüssigkeiten in dem Behälter bereit. Eine der Membran benachbarte hydrophobe Schicht stößt Flüssigkeiten von der Membran in dem Behälter ab und verringert das Risiko, dass die Flüssigkeiten zerstört werden, was beim Aktivieren mittels Durchleiten eines elektrischen Stroms durch die Membran der Fall wäre.Some embodiments of the invention provide improved liquid dispensing units by reducing the risk of destruction or deterioration and / or by improving the cohesion of the liquids in the container. A hydrophobic layer adjacent to the membrane repels liquids from the membrane in the container and reduces the risk of the liquids being destroyed, which would be the case when activated by passing an electric current through the membrane.

Hierin werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Es können alternative Ausführungsformen erarbeitet werden, ohne vom Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen. Zwar werden in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen verschiedene Verbindungen und Positionsbeziehungen (z.B. oberhalb, unterhalb, benachbart usw.) zwischen Elementen dargelegt, jedoch ist dem Fachmann einsichtig, dass viele der hierin beschriebenen Positionsbeziehungen von der Ausrichtung unabhängig sind, solange die beschriebene Funktionalität auch trotz geänderter Ausrichtung beibehalten bleibt. Diese Verbindungen und/oder Positionsbeziehungen können, sofern nicht anderweitig angegeben, direkt oder indirekt sein, und die vorliegende Erfindung soll in dieser Beziehung keine Einschränkung darstellen. Demgemäß kann eine Verbindung von Einheiten entweder eine direkte oder eine indirekte Verbindung betreffen, und eine Positionsbeziehung zwischen Einheiten kann eine direkte oder eine indirekte Positionsbeziehung sein. Gemäß einem Beispiel einer indirekten Positionsbeziehung beziehen sich Bezeichnungen in der vorliegenden Beschreibung wie Bilden einer Schicht „A“ oberhalb einer Schicht „B“ auf Fälle, in denen sich zwischen der Schicht „A“ und der Schicht „B“ eine oder mehrere Zwischenschichten befinden, solange die betreffenden Eigenschaften und Funktionalitäten der Schicht „A“ und der Schicht „B“ durch die Zwischenschicht(en) nicht wesentlich verändert werden.Herein, various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Alternative embodiments can be devised without departing from the scope of this invention. While various connections and positional relationships (e.g., above, below, adjacent, etc.) between elements are set forth in the following description and in the drawings, those skilled in the art will understand that many of the positional relationships described herein are orientational as long as the functionality described is retained despite the changed orientation. These connections and / or positional relationships can be direct or indirect unless otherwise indicated, and the present invention is not intended to be a limitation in these relationships. Accordingly, a connection of units can be either a direct connection or an indirect connection, and a positional relationship between units can be a direct or an indirect positional relationship. According to an example of an indirect positional relationship, terms in the present description such as forming a layer “A” above a layer “B” refer to cases in which there are one or more intermediate layers between the layer “A” and the layer “B”, as long as the relevant properties and functionalities of layer “A” and layer “B” are not significantly changed by the intermediate layer (s).

Die folgenden Definitionen und Abkürzungen werden zum Verständnis der Ansprüche und der Beschreibung verwendet. Die hierin verwendeten Begriffe „weist auf“, „aufweisend“, „enthält“, „enthaltend“, „hat“, „habend“, „enthält“ oder „enthaltend“ oder alle anderen Varianten derselben sollen eine nichtexklusive Einbeziehung bezeichnen. Zum Beispiel sind eine Zusammenstellung, eine Mischung, ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen aufweisen, nicht unbedingt allein auf diese Elemente beschränkt, sondern können auch andere Elemente enthalten, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder einer solchen Zusammenstellung, Mischung, einem solchen Prozess, Verfahren, Gegenstand oder einer solchen Vorrichtung nicht von vornherein zugehörig sind.The following definitions and abbreviations are used to aid understanding of the claims and description. The terms "has", "having", "contains", "containing", "has", "having", "contains" or "containing" or any other variant thereof, as used herein, are intended to denote non-exclusive inclusion. For example, a composition, mixture, process, method, article, or device that includes a list of items is not necessarily limited to those items alone, but may include other items not specifically listed or not Composition, mixture, such a process, method, object or device are not associated with it from the outset.

Außerdem ist unter dem hierin verwendeten Begriff „beispielhaft“ die Bedeutung „als Beispiel, Einzelfall oder Veranschaulichung dienend“ zu verstehen. Jede hierin als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform oder Konstruktion ist nicht unbedingt als gegenüber anderen Ausführungsformen oder Konstruktionen bevorzugt oder vorteilhaft zu verstehen. Die Begriffe „mindestens ein“ oder „ein oder mehr“ sollen jede beliebige Ganzzahl größer als oder gleich eins beinhalten, d.h. eins, zwei, drei, vier usw. Der Begriff „eine Mehrzahl“ soll jede beliebige Ganzzahl größer als oder gleich zwei beinhalten, d.h. zwei, drei, vier, fünf usw. Der Begriff „Verbindung“ kann eine indirekte „Verbindung“ oder eine direkte „Verbindung“ beinhalten.In addition, the term “exemplary” used here is to be understood as meaning “serving as an example, individual case or illustration”. Any embodiment or construction described herein as “exemplary” is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other embodiments or constructions. The terms “at least one” or “one or more” are intended to include any integer greater than or equal to one, ie one, two, three, four, etc. The term “a plurality” is intended to include any integer greater than or equal to two, ie two, three, four, five, etc. The term “connection” can include an indirect “connection” or a direct “connection”.

Bezugnahmen in der Beschreibung auf „eine einzelne Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“, „eine beispielhafte Ausführungsform“ usw. zeigen an, dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft enthalten kann, dass aber möglicherweise nicht jede Ausführungsform das bestimmte Merkmal, die bestimmte Struktur oder Eigenschaft enthält. Außerdem betreffen solche Ausdrücke nicht unbedingt ein und dieselbe Ausführungsform. Wenn ferner ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, wird davon ausgegangen, dass dem Fachmann klar ist, dass ein solches Merkmal, eine solche Struktur oder Eigenschaft auch in Verbindung mit anderen Ausführungsformen davon betroffen ist, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist.References in the description to “a single embodiment,” “an embodiment,” “an exemplary embodiment,” etc. indicate that the described embodiment may include a particular feature, structure, or characteristic, but that not every embodiment may include the particular feature, structure, or characteristic. In addition, such expressions do not necessarily relate to one and the same embodiment. Furthermore, when a particular feature, structure or property is described in connection with an embodiment, it is assumed that the person skilled in the art is clear that such a feature, structure or property is also affected thereby in connection with other embodiments, too if this is not expressly described.

Im Rahmen der folgenden Beschreibung sollen sich die Begriffe „obere“, „untere“, „rechts“, „links“, „vertikal“, „horizontal“, „oben“, „unten“ und deren Ableitungen auf die beschriebenen Strukturen und Verfahren beziehen, die in den Figuren dargestellt sind. Die Begriffe „darüberliegend“, „oberhalb“, „auf der Oberseite“, „positioniert auf“ oder „positioniert oberhalb“ bedeuten, dass ein erstes Element wie eine erste Struktur auf einem zweiten Element wie einer zweiten Struktur liegt, wobei dazwischen liegende Elemente wie eine Grenzflächenstruktur zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element liegen. Der Begriff „direkter Kontakt“ bedeutet, dass ein erstes Element wie eine erste Struktur und ein zweites Element wie eine zweite Struktur ohne dazwischen liegende leitende, isolierende oder Halbleiterschichten an der Grenzfläche zwischen den beiden Elementen miteinander verbunden sind.In the context of the following description, the terms “upper”, “lower”, “right”, “left”, “vertical”, “horizontal”, “top”, “bottom” and their derivatives refer to the structures and processes described shown in the figures. The terms “overlying”, “above”, “on top”, “positioned on” or “positioned above” mean that a first element such as a first structure lies on a second element such as a second structure, with intervening elements such as an interface structure lie between the first element and the second element. The term “direct contact” means that a first element such as a first structure and a second element such as a second structure are connected to one another at the interface between the two elements without intervening conductive, insulating or semiconductor layers.

Der Begriff „selektiv in Bezug auf“ wie zum Beispiel „ein erstes Element selektiv in Bezug auf ein zweites Element“ bedeutet, dass das erste Element geätzt werden und das zweite Element als Ätzstopp dienen kann.The term “selective with respect to” such as “a first element selective with respect to a second element” means that the first element can be etched and the second element can serve as an etch stop.

Die Begriffe „ungefähr“, „im Wesentlichen“, „annähernd“ und deren Varianten sollen einen Fehlerwert beinhalten, der aufgrund der zum Zeitpunkt des Einreichens der Anmeldung verfügbaren Ausrüstung mit der Messung einer bestimmten Größe verbunden ist. Zum Beispiel kann der Begriff „ungefähr“ einen Bereich von ±8 % oder 5 %, oder 2 % eines bestimmten Wertes beinhalten.The terms “approximately”, “substantially”, “approximately” and their variants are intended to include an error value associated with the measurement of a certain quantity based on the equipment available at the time of filing the application. For example, the term “approximately” can include a range of ± 8% or 5%, or 2% of a certain value.

Oben wurde bereits erwähnt, dass der Einfachheit halber herkömmliche Techniken in Bezug auf die Herstellung von Halbleitereinheiten und integrierten Schaltkreisen (IC) hierin möglicherweise nicht ausführlich beschrieben werden. Als Hintergrundwissen folgt nunmehr jedoch eine allgemeine Beschreibung der Prozesse zur Herstellung von Halbleitereinheiten, die zum Umsetzen einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Zwar können spezielle Fertigungsschritte zum Umsetzen einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von Fall zu Fall bekannt sein, jedoch ist die beschriebene Kombination von Arbeitsschritten und/oder resultierender Strukturen der vorliegenden Erfindung einzigartig. Somit verwendet die einzigartige Kombination der in Verbindung mit der Fertigung einer Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung beschriebenen Arbeitsschritte eine Vielfalt einzelner bekannter physikalischer und chemischer Prozesse, denen ein Halbleiter (z.B. Silicium) unterworfen wird, wobei einige davon in den unmittelbar folgenden Absätzen beschrieben werden.It was noted above that, for the sake of simplicity, conventional techniques relating to the manufacture of semiconductor devices and integrated circuits (IC) may not be described in detail herein. However, as background knowledge, what follows is a general description of the processes for fabricating semiconductor devices that may be used to practice one or more embodiments of the present invention. While specific manufacturing steps for implementing one or more embodiments of the present invention may be known from case to case, the described combination of operations and / or resulting structures of the present invention is unique. Thus, the unique combination of the operations described in connection with fabricating a semiconductor device in accordance with the present invention utilizes a variety of distinct known physical and chemical processes to which a semiconductor (e.g., silicon) is subjected, some of which are described in the paragraphs immediately below.

Im Allgemeinen werden die verschiedenen zum Bilden eines Mikro-Chips für einen IC verwendeten Prozesse in vier allgemeine Kategorien eingeteilt, d.h. Schichtabscheiden, Abtragen/Ätzen, Halbleiterdotieren und Strukturieren/Lithografie. Abscheiden ist jeder Prozess, bei dem ein Material durch Aufwachsen, Beschichten oder anderweitig auf den Wafer übertragen wird. Zu verfügbaren Technologien gehören physikalisches Dampfabscheiden (PVD), chemisches Dampfabscheiden (CVD), elektrochemisches Abscheiden (ECD), Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) und neuerdings Atomlagenabscheiden (ALD) und andere. Abtragen/Ätzen ist jeder Prozess, bei dem Material von dem Wafer abgetragen wird. Zu Beispielen gehören Ätzprozesse (nass oder trocken), chemischmechanisches Polieren (CMP) und dergleichen. Halbleiterdotieren ist ein Verändern der elektrischen Eigenschaften durch Dotieren, zum Beispiel von Source- und Drain-Elektroden der Transistoren, was im Allgemeinen durch Diffundieren und/oder durch Implantieren erfolgt. An diese Dotierprozesse schließt sich Tempern im Temperofen oder schnelles thermisches Ausheilen (RTA) an. Tempern dient zum Aktivieren der implantierten Dotanden. Schichten sowohl von Leitern (z.B. Polysilicium, Aluminium, Kupfer usw.) als auch Isolatoren (z.B. verschiedene Formen von Siliciumdioxid, Siliciumnitrid usw.) dienen zum Verbinden und Isolieren der Transistoren und ihrer Komponenten. Durch selektives Dotieren verschiedener Bereiche des Halbleitersubstrats ist es möglich, die Leitfähigkeit des Substrats durch Anlegen einer Spannung zu verändern. Durch Erzeugen von Strukturen aus diesen verschiedenen Komponenten können Millionen von Transistoren aufgebaut und miteinander verbunden werden, um die komplexe Schaltlogik einer modernen mikroelektronischen Einheit zu bilden. Halbleiterlithografie ist das Bilden dreidimensionaler Reliefbilder oder -muster auf dem Halbleitersubstrat, um anschließend das Muster auf das Substrat zu übertragen. Bei der Halbleiterlithografie werden die Muster durch ein lichtempfindliches Polymer mit der Bezeichnung Fotolack gebildet. Zum Erstellen der komplexen Strukturen, aus denen ein Transistor besteht, und der vielen Leitungen, durch die die Millionen von Transistoren eines Schaltkreises miteinander verbunden werden, werden die lithografischen Schritte zum Übertragen von Ätzmustern viele Male wiederholt. Jedes auf den Wafer übertragene Muster ist auf die zuvor gebildeten Muster ausgerichtet, und die Leiter, Isolatoren und selektiv dotierten Bereiche werden nach und nach aufeinander geschichtet, um die fertige Einheit zu bilden.In general, the various processes used to form a microchip for an IC are grouped into four general categories, ie, film deposition, ablation / etching, semiconductor doping, and patterning / lithography. Deposition is any process in which a material is transferred to the wafer by growth, coating or in some other way. Technologies available include physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), electrochemical deposition (ECD), molecular beam epitaxy (MBE), and more recently, atomic layer deposition (ALD), and others. Ablation / etching is any process that removes material from the wafer. Examples include etching processes (wet or dry), chemical mechanical polishing (CMP), and the like. Semiconductor doping is changing the electrical properties by doping, for example the source and drain electrodes of the transistors, which is generally done by diffusion and / or by implantation. These doping processes are followed by tempering in a tempering furnace or rapid thermal annealing (RTA). Annealing is used to activate the implanted dopants. Layers of both conductors (e.g., polysilicon, aluminum, copper, etc.) and insulators (e.g., various forms of silicon dioxide, silicon nitride, etc.) are used to connect and isolate the transistors and their components. By selectively doping different areas of the semiconductor substrate, it is possible to change the conductivity of the substrate by applying a voltage. By creating structures from these various components, millions of transistors can be built and interconnected to form the complex circuitry of a modern microelectronic device. Semiconductor lithography is the formation of three-dimensional relief images or patterns on the semiconductor substrate in order to then transfer the pattern onto the substrate. In semiconductor lithography, the patterns are formed by a photosensitive polymer called photoresist. To create the complex structures that make up a transistor and the many wires that connect the millions of transistors in a circuit, the lithographic steps for transferring etching patterns are repeated many times. Each pattern transferred to the wafer is aligned with the previously formed pattern and the conductors, insulators and selectively doped areas are gradually stacked on top of one another to form the final assembly.

Bei dem durch einen Computer lesbaren Speichermedium kann es sich um eine physische Einheit handeln, die Anweisungen zum Verwenden durch ein System zum Ausführen von Anweisungen behalten und speichern kann. Bei dem durch einen Computer lesbaren Speichermedium kann es sich zum Beispiel um eine elektronische Speichereinheit, eine magnetische Speichereinheit, eine optische Speichereinheit, eine elektromagnetische Speichereinheit, eine Halbleiterspeichereinheit oder jede geeignete Kombination daraus handeln, ohne darauf beschränkt zu sein. Zu einer nicht erschöpfenden Liste spezifischerer Beispiele des durch einen Computer lesbaren Speichermediums gehören die folgenden: eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, ein Direktzugriffspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM bzw. Flash-Speicher), ein statischer Direktzugriffspeicher (SRAM), ein tragbarer Kompaktspeicherplatte-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), eine DVD (digital versatile disc), ein Speicher-Stick, eine Diskette, eine mechanisch codierte Einheit wie zum Beispiel Lochkarten oder gehobene Strukturen in einer Rille, auf denen Anweisungen gespeichert sind, und jede geeignete Kombination daraus. Ein durch einen Computer lesbares Speichermedium soll beim Verwenden hierin nicht als flüchtige Signale an sich aufgefasst werden, wie zum Beispiel Funkwellen oder andere sich frei ausbreitende elektromagnetische Wellen, elektromagnetische Wellen, die sich durch einen Wellenleiter oder ein anderes Übertragungsmedium ausbreiten (z.B. ein Lichtwellenleiterkabel durchlaufende Lichtimpulse) oder durch einen Draht übertragene elektrische Signale.The computer readable storage medium can be any physical entity that can retain and store instructions for use by an instruction execution system. The computer-readable storage medium can be, for example, an electronic storage unit, a magnetic storage unit, an optical storage unit, an electromagnetic storage unit, a semiconductor storage unit, or any suitable combination thereof, without being limited thereto. A non-exhaustive list of more specific examples of computer readable storage media include the following: a portable computer disk, hard drive, random access memory (RAM), read only memory (ROM), erasable programmable read only memory (EPROM or flash memory), a static random access memory (SRAM), a portable compact disk read-only memory (CD-ROM), a DVD (digital versatile disc), a memory stick, a floppy disk, a mechanically encoded unit such as for example punch cards or raised structures in a groove on which instructions are stored, and any suitable combination thereof. A computer readable storage medium, when used herein, is not to be construed as being volatile signals per se, such as radio waves or other freely propagating electromagnetic waves, electromagnetic waves propagating through a waveguide or other transmission medium (e.g., pulses of light passing through a fiber optic cable ) or electrical signals transmitted through a wire.

Hierin beschriebene durch einen Computer lesbare Programmanweisungen können von einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium auf jeweilige Datenverarbeitungs/Verarbeitungs-Einheiten oder über ein Netzwerk wie zum Beispiel das Internet, ein lokales Netzwerk, ein Weitverkehrsnetz und/oder ein drahtloses Netzwerk auf einen externen Computer oder eine externe Speichereinheit heruntergeladen werden. Das Netzwerk kann Kupferübertragungskabel, Lichtwellenübertragungsleiter, drahtloses Übertragen, Leitwegrechner, Firewalls, Vermittlungseinheiten, Gateway-Computer und/oder Edge-Server aufweisen. Eine Netzwerkadapterkarte oder Netzwerkschnittstelle in jeder Datenverarbeitungs/Verarbeitungs-Einheit empfängt durch einen Computer lesbare Programmanweisungen aus dem Netzwerk und leitet die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen zum Speichern in einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium innerhalb der entsprechenden Datenverarbeitungs/Verarbeitungs-Einheit weiter.Computer-readable program instructions described herein can be transferred from a computer-readable storage medium to respective data processing / processing units or via a network such as the Internet, a local area network, a wide area network and / or a wireless network to an external computer or a external storage device. The network can comprise copper transmission cables, fiber optic transmission conductors, wireless transmission, routing computers, firewalls, switching units, gateway computers and / or edge servers. A network adapter card or network interface in each data processing unit receives computer-readable program instructions from the network and forwards the computer-readable program instructions for storage in a computer-readable storage medium within the corresponding data processing / processing unit.

Bei durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen zum Ausführen von Arbeitsschritten der vorliegenden Erfindung kann es sich um Assembler-Anweisungen, ISA-Anweisungen (Instruction-Set-Architecture), Maschinenanweisungen, maschinenabhängige Anweisungen, Mikrocode, Firmware-Anweisungen, zustandsetzende Daten oder entweder Quellcode oder Objektcode handeln, die in einer beliebigen Kombination aus einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben werden, darunter objektorientierte Programmiersprachen wie Smalltalk, C++ o.ä. sowie herkömmliche prozedurale Programmiersprachen wie die Programmiersprache „C“ oder ähnliche Programmiersprachen. Die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können vollständig auf dem Computer des Benutzers, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als eigenständiges Software-Paket, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem fernen Computer oder vollständig auf dem fernen Computer oder Server ausgeführt werden. In letzterem Fall kann der entfernt angeordnete Computer mit dem Computer des Benutzers durch eine beliebige Art Netzwerk verbunden sein, darunter ein lokales Netzwerk (LAN) oder ein Weitverkehrsnetz (WAN), oder die Verbindung kann mit einem externen Computer hergestellt werden (zum Beispiel über das Internet unter Verwenden eines Internet-Dienstanbieters). In einigen Ausführungsformen können elektronische Schaltungen, darunter zum Beispiel programmierbare Logikschaltungen, anwenderprogrammierbare Gatter-Anordnungen (FPGA, field programmable gate arrays) oder programmierbare Logikanordnungen (PLA, programmable logic arrays) die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen ausführen, indem sie Zustandsinformationen der durch einen Computer lesbare Programmanweisungen nutzen, um die elektronischen Schaltungen zu personalisieren, um Aspekte der vorliegenden Erfindung auszuführen.Computer-readable program instructions for performing operations of the present invention can be assembler instructions, instruction set architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine dependent instructions, microcode, firmware instructions, condition-setting data, or either source code or object code that are written in any combination of one or more programming languages, including object-oriented programming languages such as Smalltalk, C ++ or similar, as well as conventional procedural programming languages such as the "C" programming language or similar programming languages. The computer-readable program instructions can run entirely on the user's computer, partially on the user's computer, as a stand-alone software package, partially on the user's computer, and partially on a remote computer, or entirely on the remote computer or server. In the latter case, the remote computer can be connected to the user's computer through any type of network, including a local area network (LAN) or wide area network (WAN), or the connection can be made to an external computer (for example via the Internet using an Internet Service Provider). In some embodiments, electronic circuits, including, for example, programmable logic circuits, field programmable gate arrays (FPGA), or programmable logic arrays (PLA), can execute the computer-readable program instructions by transferring state information from the computer-readable program instructions utilize human readable program instructions to personalize the electronic circuitry to carry out aspects of the present invention.

Aspekte der vorliegenden Erfindung sind hierin unter Bezugnahme auf Ablaufpläne und/oder Blockschaltbilder bzw. Schaubilder von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Block der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder sowie Kombinationen von Blöcken in den Ablaufplänen und/oder den Blockschaltbildern bzw. Schaubildern mittels durch einen Computer lesbarer Programmanweisungen ausgeführt werden können.Aspects of the present invention are described herein with reference to flow charts and / or block diagrams or diagrams of methods, devices (systems) and computer program products according to embodiments of the invention. It should be noted that each block of the flowcharts and / or the block diagrams or graphs as well as combinations of blocks in the flowcharts and / or the block diagrams or graphs can be executed by means of program instructions that can be read by a computer.

Diese durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können einem Prozessor eines Universalcomputers, eines Spezialcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Maschine zu erzeugen, so dass die über den Prozessor des Computers bzw. der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführten Anweisungen ein Mittel zum Umsetzen der in dem Block bzw. den Blöcken der Ablaufpläne und/oder Blockschaubilder festgelegten Funktionen/Schritte erzeugen. Diese durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können auch auf einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium gespeichert sein, das einen Computer, eine programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder andere Einheiten so steuern kann, dass sie auf eine bestimmte Art funktionieren, so dass das durch einen Computer lesbare Speichermedium, auf dem Anweisungen gespeichert sind, ein Herstellungsprodukt aufweist, das Anweisungen zum Umsetzen von Aspekten der/des in dem Block bzw. den Blöcken des Ablaufplans und/oder des Blockschaubildes angegebenen Funktion/Schritts enthält.These computer-readable program instructions can be provided to a processor of a general-purpose computer, a special purpose computer or other programmable data processing device in order to generate a machine, so that the instructions executed via the processor of the computer or the other programmable data processing device are a means for implementing the in Generate functions / steps specified for the block or blocks of the flowcharts and / or block diagrams. These computer-readable program instructions can also be stored on a computer-readable storage medium which can control a computer, a programmable data processing device and / or other units to function in a certain way, so that the computer-readable storage medium , on which instructions are stored, has a manufacturing product which contains instructions for implementing aspects of the function / step specified in the block or blocks of the flowchart and / or the block diagram.

Die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können auch auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine andere Einheit geladen werden, um das Ausführen einer Reihe von Prozessschritten auf dem Computer bzw. der anderen programmierbaren Vorrichtung oder anderen Einheit zu verursachen, um einen auf einem Computer ausgeführten Prozess zu erzeugen, so dass durch die auf dem Computer, einer anderen programmierbaren Vorrichtung oder einer anderen Einheit ausgeführten Anweisungen die in dem Block bzw. den Blöcken der Ablaufpläne und/oder der Blockschaubilder festgelegten Funktionen/Schritte umgesetzt werden.The computer readable program instructions can also be loaded onto a computer, other programmable data processing device, or other device to cause a series of process steps to be performed on the computer or other programmable device or other device, such as one on a computer to generate the executed process, so that the instructions executed on the computer, another programmable device or another unit implement the functions / steps specified in the block or blocks of the flowcharts and / or the block diagrams.

Die Ablaufpläne und die Blockschaltbilder bzw. Schaubilder in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Ausführungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesem Zusammenhang kann jeder Block in den Ablaufplänen oder Blockschaubildern ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, die eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zum Ausführen der bestimmten logischen Funktion(en) aufweisen. In einigen alternativen Ausführungen können die in dem Block angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren gezeigt stattfinden. Zwei nacheinander gezeigte Blöcke können zum Beispiel in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal je nach entsprechender Funktionalität in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist ferner anzumerken, dass jeder Block der Blockschaltbilder und/oder der Ablaufpläne sowie Kombinationen aus Blöcken in den Blockschaubildern und/oder den Ablaufplänen durch spezielle auf Hardware beruhende Systeme umgesetzt werden können, welche die festgelegten Funktionen oder Schritte durchführen, oder Kombinationen aus Spezial-Hardware und Computeranweisungen ausführen.The flowcharts and the block diagrams or diagrams in the figures illustrate the architecture, functionality and operation of possible implementations of systems, methods and computer program products in accordance with various embodiments of the present invention. In this context, each block in the flowcharts or block diagrams can represent a module, a segment or a part of instructions that comprise one or more executable instructions for carrying out the particular logical function (s). In some alternative implementations, the functions noted in the block may take place out of the order shown in the figures. For example, two blocks shown in sequence may in fact be executed essentially simultaneously, or the blocks may sometimes be executed in reverse order depending on the functionality involved. It should also be noted that each block of the block diagrams and / or the flowcharts and combinations of blocks in the block diagrams and / or the flowcharts can be implemented by special hardware-based systems that carry out the specified functions or steps, or combinations of special Follow hardware and computer instructions.

Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zum Veranschaulichen vorgelegt worden, erheben jedoch nicht den Anspruch auf Vollständigkeit oder Einschränkung der beschriebenen Ausführungsformen. Dem Fachmann sind viele Modifikationen und Varianten offensichtlich, ohne vom Schutzumfang und Wesensgehalt der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendeten Begriffe wurden gewählt, um die Grundgedanken der Ausführungsformen der Erfindung, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber handelsüblichen Technologien bestmöglich zu erläutern oder anderen Fachleuten das Verständnis der hierin beschriebenen Ausführungsformen zu erleichtern.The descriptions of the various embodiments of the present invention have been presented for purposes of illustration, but are not intended to be exhaustive or restrictive of the embodiments described. Many modifications and variants will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the embodiments described. The terms used herein were chosen in order to explain the basic ideas of the embodiments of the invention, the practical application or the technical improvement over commercially available technologies as well as possible, or to facilitate the understanding of the embodiments described herein for other persons skilled in the art.

Claims (8)

Flüssigkeits-Ausgabevorrichtung (200), die aufweist: ein erstes Substrat (210), das einen in dem ersten Substrat gebildeten Behälter (222) aufweist; eine in dem Behälter (222) aufgenommene Flüssigkeit (230); eine auf der Oberfläche des ersten Substrats angeordnete Membran (220), die eine Öffnung des Behälters (222) bedeckt; ein auf das erste Substrat (210) geklebtes zweites Substrat (209), wobei das zweite Substrat eine Behälterdichtung (206) aufweist; eine auf einer Innenfläche der Membran (220) angeordnete hydrophobe Schicht (224), wobei durch die hydrophobe Schicht (224) ein Luftpolster zwischen einer Oberfläche der Flüssigkeit und der Membran (220) gebildet ist; Elektroden, die in elektrischem Kontakt mit der Membran (220) stehen; und eine auf einer Oberfläche des Behälters (222) gegenüber der Membran (220) angeordnete hydrophile Schicht (232).A liquid dispensing device (200) comprising: a first substrate (210) having a container (222) formed in the first substrate; a liquid (230) received in the container (222); a membrane (220) disposed on the surface of the first substrate and covering an opening of the container (222); a second substrate (209) adhered to the first substrate (210), the second substrate including a container seal (206); a hydrophobic layer (224) disposed on an inner surface of the membrane (220), the hydrophobic layer (224) forming an air cushion between a surface of the liquid and the membrane (220); Electrodes in electrical contact with the membrane (220); and a hydrophilic layer (232) disposed on a surface of the container (222) opposite the membrane (220). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der Membran (220) eine Metallschicht (214; 216; 218) aufweist.Device according to Claim 1 wherein at least a part of the membrane (220) comprises a metal layer (214; 216; 218). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der Membran (220) eine elektrisch isolierende Schicht aufweist.Device according to Claim 1 wherein at least a part of the membrane (220) has an electrically insulating layer. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Behälterdichtung (206) Indium aufweist.Device according to Claim 1 wherein the container seal (206) comprises indium. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die hydrophobe Schicht (224) eine Fluorkohlenwasserstoffschicht aufweist.Device according to Claim 1 wherein the hydrophobic layer (224) comprises a fluorocarbon layer. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Sensor (506) aufweist.Device according to Claim 1 further comprising a sensor (506). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die hydrophobe Schicht (224) eine poröse galvanisch abgeschiedene Metallschicht aufweist.Device according to Claim 1 wherein the hydrophobic layer (224) comprises a porous electrodeposited metal layer. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die hydrophobe Schicht (224) eine Dicke von ungefähr 0,5 Nanometer (nm) bis ungefähr 1 Mikrometer hat. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit (230) ein pharmazeutisch aktives Mittel aufweist. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobeidie Flüssigkeit (230) einen Mikrobatterie-Elektrolyt aufweist. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Teil des Hohlraums (222) durch die hydrophobe Schicht (224) ausgekleidet ist.Device according to Claim 1 wherein the hydrophobic layer (224) has a thickness of about 0.5 nanometers (nm) to about 1 micrometer. 9. Device according to Claim 1 wherein the liquid (230) comprises a pharmaceutically active agent. 10. Device according to Claim 1 wherein the liquid (230) comprises a micro battery electrolyte. 11. Device according to Claim 1 wherein part of the cavity (222) is lined by the hydrophobic layer (224).
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